Реакции присоединения

Реакции присоединения (англ. addition reaction) — в органической химии так называются химические реакции, в которых одни химические соединения присоединяются к кратным (двойным или тройным) связям другого химического соединения. Присоединение может осуществляться как по связи углерод-углерод, так и по связи углерод-гетероатом. Реакции присоединения обозначают английскими буквами «Ad».

Общий вид реакций присоединения по связи углерод-углерод:

$\mathsf{-\stackrel{|}{C}\!\!=\!\!\stackrel{|}{C}\!\!-+\ X\!\!-\!\!Y}\rightarrow\mathsf{-\stackrel{|\ }{CX}\!\!-\!\!\stackrel{|\ }{CY}\!\!-}$

$\mathsf{-C}\!\!\equiv\!\mathsf{\!C\!\!-+\ X\!\!-\!\!Y}\rightarrow\mathsf{-CX\!\!=\!\!CY\!\!-}$

Общий вид реакций присоединения по связи углерод-кислород:

$\mathsf{-\stackrel{|}{C}\!\!=\!\!\mathsf{O}+\ X\!\!-\!\!Y}\rightarrow\mathsf{-\stackrel{|\ }{CY}\!\!-\!\!\mathsf{OX}}$

Обычно, реагент, к которому происходит присоединение называют субстратом, а другой («Х-Y») — атакующим реагентом.

Примером реакции присоединения может служить бромирование этилена:

Реакции присоединения часто являются обратимыми, составляя пару с реакциями отщепления, поэтому следует иметь в виду, что механизм для такой «парной» реакции присоединения-отщепления является общим^[1].

В зависимости от природы атакующей частицы и механизма реакции различают нуклеофильное, электрофильное, радикальное или синхронное присоединение.

Реакции нуклеофильного присоединения

Основная статья: Реакции нуклеофильного присоединения

В реакциях нуклеофильного присоединения атакующей частицей является нуклеофил, то есть отрицательно заряженная частица или частица со свободной электронной парой.

Общий вид реакций нуклеофильного присоединения:

$\mathsf{R'\!\!-\!\!CR''\!\!=\!\!CR'''\!\!-\!\!R''''+Y^-}\rightarrow\mathsf{R'\!\!-\!\!CR''^-\!\!-\!\!CR'''Y\!\!-\!\!R''''+X^+}\rightarrow\mathsf{R'\!\!-\!\!CR''X\!\!-\!\!CR'''Y\!\!-\!\!R''''}$

Реакции нуклеофильного присоединения обозначаются «Ad_N».

Реакции нуклеофильного присоединения по связи С=С достаточно редки, наибольшее распространение и практическое значение имеет присоединение по связи С=O^[2]:

Среди реакций нуклеофильного присоединения наиболее распространен приведенный выше двухстадийный бимолекулярный механизм Ad_N2 : вначале нуклеофил медленно присоединяется по кратной связи с образованием карбаниона, который на второй стадии быстро атакует электрофильная частица^[3].

Реакции электрофильного присоединения

Основная статья: Реакции электрофильного присоединения

В реакциях электрофильного присоединения атакующей частицей является электрофил, то есть положительно заряженная частица, чаще всего протон H⁺, или частица с дефицитом электронов.

Общий вид реакций электрофильного присоединения:

$\mathsf{R'\!\!-\!\!CR''\!\!=\!\!CR'''\!\!-\!\!R''''+X^+}\rightarrow\mathsf{R'\!\!-\!\!CR''^+\!\!-\!\!CR'''X\!\!-\!\!R''''+Y^-}\rightarrow\mathsf{R'\!\!-\!\!CR''Y\!\!-\!\!CR'''X\!\!-\!\!R''''}$

Реакции электрофильного присоединения обозначаются «Ad_E».

Реакции электрофильного присоединения широко распространены среди реакций непредельных углеводородов: алкенов, алкинов и диенов^[4].

Примером таких реакций служит гидратация алкенов:

Электрофильное присоединение по связи углерод-гетероатом также достаточно распространено, причем чаще всего такой связью является С=O:

Среди реакций электрофильного присоединения наиболее распространен приведенный выше двухстадийный бимолекулярный механизм Ad_E2 : вначале электрофил медленно присоединяется по кратной связи с образованием карбкатиона, который на второй стадии подвергается нуклеофильной атаке^[3].

Реакции радикального присоединения

Основная статья: Реакции радикального присоединения

В реакциях радикального присоединения атакующей частицей являются свободные радикалы.

Реакции радикального присоединения обозначаются «Ad_R».

Реакции радикального присоединения обычно протекают вместо реакций электрофильного присоединения в присутствии источника свободных радикалов^[3]:

Реакции синхронного присоединения

Основная статья: Реакции синхронного присоединения

В некоторых случаях присоединение по кратной связи происходит с одновременной атакой обеих атомов, что не позволяет определить приоритет атаки. Такой механизм называется синхронным присоединением. Реакции синхронного присоединения приводят к образованию циклических продуктов, поэтому они часто носят название циклоприсоединение.

Примечания

1. ↑ Керри Ф, Сандберг Р. Углубленный курс органической химии: пер. с англ., в 2-х томах. — М.: Химия, 1981.
2. ↑ Химическая энциклопедия./ Нуклеофильные реакции. // Главный редактор И. Л. Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1988 год. — Т. 3.
3. ↑ ^{1 2 3} Mарч Дж. Органическая химия, пер. с англ., т. 3, — M.: Мир, 1988
4. ↑ Химическая энциклопедия./ Электрофильные реакции. // Главный редактор И. Л. Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1988 год. — Т. 5.