לתגובות הוספה, אופיינית היווצרות של תרכובת כימית אחת משני מוצרים התחלתיים או יותר. זה נוח לשקול את המנגנון של תוספת אלקטרופילית באמצעות הדוגמה של אלקנים - פחמימנים אציקליים בלתי רוויים עם קשר כפול אחד. בנוסף אליהם, פחמימנים אחרים בעלי קשרים מרובים, כולל קשרים מחזוריים, נכנסים לטרנספורמציות כאלה.
שלבים של אינטראקציה של מולקולות ראשוניות
הוספה אלקטרופילית מתרחשת במספר שלבים. האלקטרופיל, בעל מטען חיובי, פועל כמקבל אלקטרונים, והקשר הכפול של מולקולת האלקן פועל כתורם אלקטרונים. שתי התרכובות יוצרות בתחילה קומפלקס p לא יציב. ואז מתחילה ההמרה של קומפלקס π לקומפלקס ϭ. היווצרות קרבוקאט בשלב זה ויציבותו קובעים את קצב האינטראקציה בכללותה. לאחר מכן, הקרבוקציה מגיב במהירות עם הנוקלאופיל הטעון שלילי חלקית כדי ליצורתוצר סופי של טרנספורמציה.
השפעת התחליפים על קצב התגובה
דה-לוקאליזציה של המטען (ϭ+) בקרבוקאטיון תלוי במבנה של המולקולה המקורית. ההשפעה האינדוקטיבית החיובית שמציגה קבוצת האלקיל מובילה לירידה במטען של אטום הפחמן הסמוך. כתוצאה מכך, במולקולה עם תחליף תורם אלקטרונים, היציבות היחסית של הקטיון, צפיפות האלקטרונים של הקשר π ותגובתיות המולקולה כולה עולה. ההשפעה של מקבלי אלקטרונים על תגובתיות תהיה הפוכה.
מנגנון חיבור הלוגן
בוא ננתח ביתר פירוט את המנגנון של תגובת ההוספה האלקטרופילית באמצעות הדוגמה של האינטראקציה של אלקן והלוגן.
- מולקולת ההלוגן מתקרבת לקשר הכפול בין אטומי הפחמן והופכת מקוטבת. בשל המטען החיובי בחלקו בקצה אחד של המולקולה, ההלוגן מושך את האלקטרונים של הקשר π לעבר עצמו. כך נוצר קומפלקס π לא יציב.
- בשלב הבא, החלקיק האלקטרופילי מתחבר עם שני אטומי פחמן ויוצרים מחזור. מופיע יון "אוניום" מחזורי.
- חלקיק ההלוגן הטעון הנותר (נוקלאופיל בעל מטען חיובי) יוצר אינטראקציה עם יון האוניום ומצטרף בצד הנגדי של חלקיק ההלוגן הקודם. המוצר הסופי מופיע - טרנס-1, 2-דיהלואלקן. באופן דומה, מתרחשת תוספת של הלוגן לציקלו-אלקן.
מנגנון הוספה של חומצות הידרותליות
תגובות הוספה אלקטרופיליות של הלידים מימן וחומצה גופרתית מתרחשות אחרת. במדיום חומצי, המגיב מתפרק לקטיון ולאניון. יון טעון חיובי (אלקטרופיל) תוקף את הקשר π, מתחבר לאחד מאטומי הפחמן. נוצר קרבוקיון שבו אטום הפחמן הסמוך טעון חיובי. לאחר מכן, הקרבוקאטיון מגיב עם האניון ויוצר את התוצר הסופי של התגובה.
כיוון התגובה בין ריאגנטים אסימטריים לכלל מרקובניקוב
הוספה אלקטרופילית בין שתי מולקולות א-סימטריות מתנהלת באופן אזורי-סלקטיבי. המשמעות היא שרק אחד משני האיזומרים האפשריים נוצר בעיקר. ריגיוסלקטיביות מתארת את הכלל של מרקובניקוב, לפיו מימן מתחבר לאטום פחמן המחובר למספר רב של אטומי מימן אחרים (מודרניים יותר).
כדי להבין את המהות של כלל זה, עליך לזכור שקצב התגובה תלוי ביציבות הפחמימות הביניים. ההשפעה של תרומת אלקטרונים וקבלה של תחליפים נדונה לעיל. לפיכך, הוספה אלקטרופילית של חומצה הידברומית לפרופן תוביל ליצירת 2-ברומופרופן. קטיון ביניים עם מטען חיובי על אטום הפחמן המרכזי יציב יותר מקרבוקאטיון עם מטען חיובי על האטום החיצוני. כתוצאה מכך, אטום הברום יוצר אינטראקציה עם אטום הפחמן השני.
השפעה של תחליף מושך אלקטרונים על מהלך האינטראקציה
אם מולקולת האם מכילה תחליף מושך אלקטרונים בעל השפעה אינדוקטיבית ו/או מזומרית שלילית, הוספה אלקטרופילית נוגדת את הכלל הנ ל. דוגמאות לתחליפים כאלה: CF3, COOH, CN. במקרה זה, המרחק הגדול יותר של המטען החיובי מקבוצת נסיגת האלקטרונים הופך את הקרבוקאטיון הראשוני ליציב יותר. כתוצאה מכך, מימן מתחבר עם אטום פחמן פחות מוקשה.
הגרסה האוניברסלית של הכלל תיראה כך: כאשר אלקן לא סימטרי וריאגנט לא סימטרי מקיימים אינטראקציה, התגובה ממשיכה בנתיב היווצרות הקרבוקאטיון היציב ביותר.
