Nukleophile Addition

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Die nukleophile Addition (kurz AN) (siehe dazu: Nukleophilie) ist ein Reaktionsmechanismus in der organischen Chemie, bei dem ein Nukleophil (Anion oder Lewis-Base) eine Mehrfachbindung angreift. Das Nukleophil wird der angegriffenen Verbindung hinzugefügt (Addition). Es findet kein Austausch von Atomen oder Atomgruppen statt (vergleiche mit: Substitution).[1]

Edukte

Nukleophil

Als Nukleophile können die verschiedensten Verbindungen eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um elektronenreiche, meist freie Elektronenpaare enthaltende, Moleküle oder Anionen (siehe unten: Beispiele).

Mehrfachbindungen

Nukleophile Additionen können an unterschiedlichen Typen von Mehrfachbindungen stattfinden:

  1. Addition an C=C-Doppelbindungen[2]
  2. Addition an C≡C-Dreifachbindungen
  3. Addition an konjugierte C-C-Mehrfachbindungen
  4. Addition an C-X-Mehrfachbindungen

Reaktionsverlauf

Die Addition des Nukleophils ist normalerweise thermodynamisch kontrolliert; das Nukleophil wird so an die Mehrfachbindung angelagert, dass ein möglichst stabiles Anion resultiert (vergleiche hierzu die Begründung der Markownikow-Regel). Die Stabilisierung erfolgt bei C-X-Mehrfachbindungen durch die Heteroatome selbst, bei substituierten CC-Mehrfachbindungen durch induktive Einflüsse von Substituenten, besonders aber durch Substituenten mit −M-Effekt. Da solche Substituenten gleichzeitig das entferntere C-Atom der Doppelbindung positivieren, ist die Addition an diesem auch kinetisch begünstigt.

Nukleophile Addition an C-C-Mehrfachbindungen

Der erste Schritt bei dieser Reaktion besteht in dem Angriff des Nukleophils unter Bildung eines Carbanions:

X steht für das Nukleophil, Z für den elektronenziehenden Substituenten.

Im zweiten Schritt reagiert das Carbanion mit einem Elektronenakzeptor, meist einem Proton:

Y ist der Elektronenakzeptor.

Die Bildung des Carbanions wird stark begünstigt, wenn die Substituenten dieses durch Mesomerie stabilisieren können. Man spricht dann von einer Michael-Addition, wobei das Nukleophil das Anion einer CH-aciden Verbindung ist.

Nukleophile Addition an C-X-Mehrfachbindungen

CX-Mehrfachbindungen kommen in folgenden Atomgruppen vor:

Hier kann ein Nukleophil am Kohlenstoff einer CX-Mehrfachbindung angreifen. Die andere Möglichkeit ist, dass zunächst das elektronenziehende Heteroatom in einem vorgelagerten Gleichgewicht protoniert wird und anschließend das Nukleophil am Kohlenstoff bindet.

Beispiele

Nukleophile Addition an C-C-Mehrfachbindungen

Nukleophile Addition an C-X-Mehrfachbindungen

Die einzelnen nukleophilen Additionen an C-X-Mehrfachbindungen können anhand des angreifenden Nukleophils in Gruppen eingeteilt werden:

Stickstoff als Nukleophil

Addition eines primären Amins als Nukleophil an eine Carbonylgruppe. Mit R ist der Alkylrest des Amins bezeichnet.

Schwefel als Nukleophil

Carbanionischer Kohlenstoff als Nukleophil

Einzelnachweise

  1. ↑ Benno Krieg, Christoph Janiak: Chemie für Mediziner. 2004, ISBN 3-11-017999-7 (Seite 259 nukleophile Additionen bei Aldehyden und Ketonen in der Google-Buchsuche).
  2. ↑ Singh: Advanced Organic Chemistry: Reactions And Mechanisms. Pearson, 2004, ISBN 978-81-317-1107-1 (Seite 193 nucleophilic addition to alkenes and alkynes in der Google-Buchsuche).
  3. ↑ Marye Anne Fox, James K. Whitesell: Organic chemistry. 2004, ISBN 0-7637-2197-2 (Seite 571ff nucleophile, addition or substitution at carbonyl groups in der Google-Buchsuche).
  4. ↑ Alan R. Katritzky, Stanley M. Roberts, Otto Meth-Cohn,Charles Wayne Rees: Comprehensive organic functional group transformations. 1995, ISBN 0-08-042322-1 (Seite 286 in der Google-Buchsuche).
  5. ↑ a b Alan R. Katritzky: Advances in heterocyclic chemistry, Band 95. 2008, ISBN 978-0-12-374272-8 (Seite 70 in der Google-Buchsuche).
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