Za reakcije adicije, karakteristično je formiranje jednog hemijskog jedinjenja iz dva ili više polaznih proizvoda. Mehanizam elektrofilne adicije prikladno je razmotriti na primjeru alkena - nezasićenih acikličkih ugljikovodika s jednom dvostrukom vezom. Pored njih, u takve transformacije ulaze i drugi ugljovodonici sa višestrukim vezama, uključujući i ciklične.
Koraci interakcije početnih molekula
Elektrofilno dodavanje se odvija u nekoliko faza. Elektrofil, koji ima pozitivan naboj, djeluje kao akceptor elektrona, a dvostruka veza molekula alkena djeluje kao donor elektrona. Oba spoja u početku formiraju nestabilan p-kompleks. Tada počinje transformacija π-kompleksa u ϭ-kompleks. Formiranje karbokationa u ovoj fazi i njegova stabilnost određuju stopu interakcije u cjelini. Karbokation zatim brzo reagira s djelomično negativno nabijenim nukleofilom da se formirakrajnji proizvod transformacije.
Uticaj supstituenata na brzinu reakcije
Delokalizacija naboja (ϭ+) u karbokatationu zavisi od strukture originalnog molekula. Pozitivan induktivni efekat koji pokazuje alkil grupa dovodi do smanjenja naboja susednog atoma ugljenika. Kao rezultat toga, u molekulu sa supstituentom koji donira elektrone povećava se relativna stabilnost kationa, gustoća elektrona π-veze i reaktivnost molekula u cjelini. Efekat akceptora elektrona na reaktivnost će biti suprotan.
Halogen mehanizam za pričvršćivanje
Ajmo detaljnije analizirati mehanizam reakcije elektrofilne adicije na primjeru interakcije alkena i halogena.
- Molekul halogena se približava dvostrukoj vezi između atoma ugljenika i postaje polarizovan. Zbog djelomično pozitivnog naboja na jednom kraju molekule, halogen vuče elektrone π veze prema sebi. Ovako se formira nestabilan π-kompleks.
- U sledećem koraku, elektrofilna čestica se kombinuje sa dva atoma ugljenika, formirajući ciklus. Pojavljuje se ciklični jon "onijuma".
- Preostala nabijena halogena čestica (pozitivno nabijeni nukleofil) stupa u interakciju sa onijumskim jonom i spaja se na suprotnoj strani prethodne halogenske čestice. Pojavljuje se konačni proizvod - trans-1, 2-dihaloalkan. Slično, dolazi do dodavanja halogena cikloalkenu.
Mehanizam dodavanja halogenovodoničnih kiselina
Reakcije elektrofilne adicije halogenovodonika i sumporne kiseline se odvijaju različito. U kiseloj sredini, reagens se disocira na kation i anion. Pozitivno nabijeni ion (elektrofil) napada π-vezu, povezuje se s jednim od atoma ugljika. Nastaje karbokation u kojem je susjedni atom ugljika pozitivno nabijen. Zatim, karbokation reaguje sa anionom, formirajući konačni proizvod reakcije.
Smjer reakcije između asimetričnih reagensa i Markovnikovog pravila
Elektrofilna adicija između dva asimetrična molekula se odvija regioselektivno. To znači da se pretežno formira samo jedan od dva moguća izomera. Regioselektivnost opisuje Markovnikovovo pravilo, prema kojem se vodonik vezuje za atom ugljika povezan sa velikim brojem drugih atoma vodika (više hidrogenizovanih).
Da biste razumjeli suštinu ovog pravila, morate imati na umu da brzina reakcije ovisi o stabilnosti srednjeg karbokata. Utjecaj supstituenata koji doniraju i prihvataju elektrone je razmatran gore. Dakle, elektrofilno dodavanje bromovodonične kiseline propenu će dovesti do stvaranja 2-bromopropana. Međukation s pozitivnim nabojem na središnjem atomu ugljika stabilniji je od karbokationa s pozitivnim nabojem na vanjskom atomu. Kao rezultat, atom broma stupa u interakciju sa drugim atomom ugljika.
Uticaj supstituenta koji povlači elektrone na tok interakcije
Ako roditeljski molekul sadrži supstituent koji povlači elektrone koji ima negativan induktivni i/ili mezomerni efekat, elektrofilno dodavanje je u suprotnosti sa gornjim pravilom. Primjeri takvih supstituenata: CF3, COOH, CN. U ovom slučaju, veća udaljenost pozitivnog naboja od grupe koja povlači elektrone čini primarni karbokation stabilnijim. Kao rezultat, vodonik se kombinuje sa manje hidrogeniranim atomom ugljika.
Univerzalna verzija pravila će izgledati ovako: kada nesimetričan alken i nesimetrični reagens interaguju, reakcija se nastavlja putem formiranja najstabilnijeg karbokacije.
