Nukleophile Addition

Die nukleophile Addition (kurz A_N) (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).<ref name="buch">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

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:

Addition an C=C-Doppelbindungen<ref name="Singh">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
Addition an C≡C-Dreifachbindungen
Addition an konjugierte C-C-Mehrfachbindungen
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:

Datei:Nucladd1.png

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

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

Datei:Nucladd2.png

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:

Carbonylgruppe<ref name="buch2">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
Thiocarbonylgruppe<ref name="Comprehensive">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
Isocyanatgruppe<ref name="Katritzky">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
Azomethingruppe
Cyanogruppe
Isocyanogruppe<ref name="Katritzky" />

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

Addition von Ammoniak oder Aminen
Addition von Cyanwasserstoff
Michael-Addition

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 von primären Aminen: Diese Reaktion führt zu einer einem Halbacetal entsprechenden Verbindung (Halbaminal), die in einer Folgereaktion unter Wasserabspaltung in ein Azomethin übergeht.

Datei:Nucladd3.png

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

Addition von sekundären Aminen: Diese Reaktion führt letztendlich zu einem Enamin.
Addition von Hydrazin
Addition von Hydroxylamin
Mannich-Reaktion

Schwefel als Nukleophil

Thioacetal-Bildung
Bisulfitaddition

Carbanionischer Kohlenstoff als Nukleophil

Einzelnachweise

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