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).
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 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:
mini|links|hochkant=2.5|X steht für das Nukleophil, Z für den elektronenziehenden Substituenten.
Im zweiten Schritt reagiert das Carbanion mit einem Elektronenakzeptor, meist einem Proton:
mini|links|hochkant=2.5|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 Thiocarbonylgruppe Isocyanatgruppe Azomethingruppe Cyanogruppe Isocyanogruppe 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.
mini|400px|links|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
Aldolreaktion Benzoin-Addition Cyanhydrin-Synthese Knoevenagel-Kondensation Perkin-Reaktion Reformatzki-Reaktion Stobbe-Kondensation Strecker-Synthese von Aminosäuren Wittig-Reaktion
Einzelnachweise