Untuk tindak balas penambahan, pembentukan satu sebatian kimia daripada dua atau lebih produk permulaan adalah ciri. Adalah mudah untuk mempertimbangkan mekanisme penambahan elektrofilik menggunakan contoh alkena - hidrokarbon asiklik tak tepu dengan satu ikatan berganda. Sebagai tambahan kepada mereka, hidrokarbon lain dengan pelbagai ikatan, termasuk ikatan kitaran, memasuki transformasi sedemikian.
Langkah interaksi molekul awal
Penambahan elektrofilik berlaku dalam beberapa peringkat. Elektrofil, yang mempunyai cas positif, bertindak sebagai penerima elektron, dan ikatan berganda molekul alkena bertindak sebagai penderma elektron. Kedua-dua sebatian pada mulanya membentuk kompleks-p yang tidak stabil. Kemudian transformasi kompleks-π kepada kompleks-ϭ bermula. Pembentukan karbokation pada peringkat ini dan kestabilannya menentukan kadar interaksi secara keseluruhan. Karbokation kemudiannya bertindak balas dengan pantas dengan nukleofil bercas separa negatif untuk terbentukhasil akhir transformasi.
Kesan substituen pada kadar tindak balas
Penyahtempatan cas (ϭ+) dalam karbokation bergantung pada struktur molekul asal. Kesan induktif positif yang ditunjukkan oleh kumpulan alkil membawa kepada penurunan cas atom karbon bersebelahan. Akibatnya, dalam molekul dengan substituen yang menderma elektron, kestabilan relatif kation, ketumpatan elektron ikatan π, dan kereaktifan molekul secara keseluruhan meningkat. Kesan penerima elektron pada kereaktifan adalah bertentangan.
Mekanisme lampiran halogen
Mari kita analisis dengan lebih terperinci mekanisme tindak balas penambahan elektrofilik menggunakan contoh interaksi alkena dan halogen.
- Molekul halogen menghampiri ikatan berganda antara atom karbon dan menjadi terkutub. Disebabkan oleh cas separa positif pada satu hujung molekul, halogen menarik elektron ikatan π ke arah dirinya sendiri. Beginilah cara kompleks π yang tidak stabil terbentuk.
- Pada langkah seterusnya, zarah elektrofilik bergabung dengan dua atom karbon, membentuk kitaran. Ion "onium" kitaran muncul.
- Baki zarah halogen bercas (nukleofil bercas positif) berinteraksi dengan ion onium dan bercantum pada bahagian bertentangan zarah halogen sebelumnya. Produk akhir muncul - trans-1, 2-dihaloalkana. Begitu juga, penambahan halogen kepada sikloalkena berlaku.
Mekanisme penambahan asid hidrohalik
Tindak balas penambahan elektrofilik hidrogen halida dan asid sulfurik berjalan secara berbeza. Dalam medium berasid, reagen terurai menjadi kation dan anion. Ion bercas positif (elektrofil) menyerang ikatan π, menyambung kepada salah satu atom karbon. Karbokation terbentuk di mana atom karbon bersebelahan bercas positif. Seterusnya, karbokation bertindak balas dengan anion, membentuk produk akhir tindak balas.
Arah tindak balas antara reagen asimetri dan peraturan Markovnikov
Tambahan elektrofilik antara dua molekul asimetri berjalan secara regioselektif. Ini bermakna hanya satu daripada dua isomer yang mungkin terbentuk secara dominan. Regioselektiviti menerangkan peraturan Markovnikov, mengikut mana hidrogen melekat pada atom karbon yang disambungkan kepada sejumlah besar atom hidrogen lain (lebih terhidrogenasi).
Untuk memahami intipati peraturan ini, anda perlu ingat bahawa kadar tindak balas bergantung pada kestabilan karbokation perantaraan. Kesan pendermaan elektron dan penerimaan substituen telah dibincangkan di atas. Oleh itu, penambahan elektrofilik asid hidrobromik kepada propena akan membawa kepada pembentukan 2-bromopropana. Kation perantaraan dengan cas positif pada atom karbon pusat adalah lebih stabil daripada karbokation dengan cas positif pada atom luar. Akibatnya, atom bromin berinteraksi dengan atom karbon kedua.
Kesan substituen yang mengeluarkan elektron semasa interaksi
Jika molekul induk mengandungi substituen penarik elektron yang mempunyai kesan induktif dan/atau mesomerik negatif, penambahan elektrofilik bertentangan dengan peraturan di atas. Contoh substituen tersebut: CF3, COOH, CN. Dalam kes ini, jarak cas positif yang lebih besar daripada kumpulan penarik elektron menjadikan karbokation primer lebih stabil. Akibatnya, hidrogen bergabung dengan atom karbon yang kurang terhidrogenasi.
Versi universal peraturan akan kelihatan seperti ini: apabila alkena tidak simetri dan reagen tidak simetri berinteraksi, tindak balas diteruskan di sepanjang laluan pembentukan karbokation yang paling stabil.
