Avainero nukleofiilisen ja elektrofiilisen addition välillä on se, että nukleofiilisissä additioreaktioissa elektronirikas komponentti yhdistyy molekyyliin, kun taas elektrofiilisissä additioreaktioissa joko elektronipuutteinen laji tai neutraali yhdiste, jolla on tyhjät orbitaalit yhdistyy molekyyliin.
Nukleofiili on elektronirikas kemiallinen laji, joka voi luovuttaa elektroniparin elektronivajaiselle lajille. Toisa alta elektrofiili on joko positiivisesti varautunut tai neutraali. Jos se on neutraali, siinä pitäisi olla tyhjät kiertoradat vastaanottaakseen elektroneja toisesta lajista.
Mikä on nukleofiilinen additio?
Nukleofiilinen additio on prosessi, jossa nukleofiili lisätään joko elektronivajaiseen lajiin tai pi-sidokseksi molekyylissä (kutsumme sitä substraatiksi). Lisätty nukleofiili muodostaa yksinkertaisen sidoksen (sigma-sidoksen) substraatin kanssa. Tarkastellaanpa joitain esimerkkejä ymmärtääksemme nukleofiilisen additioprosessin.
Nukleofiilien lisääminen karbonyylihiileen
Karbonyyliryhmät ovat polaarisia, koska niissä on hiiliatomi kaksoissidottuna happiatomiin. Tämä napaisuus johtuu suuresta erosta hiilen ja hapen elektronegatiivisuusarvojen välillä. Tämä tarkoittaa, että hapella on suurempi affiniteetti sidoselektroneja kohtaan kuin hiilellä. Sitten karbonyyliryhmän hiiliatomi saa osittaisen positiivisen varauksen. Tämä hiili on parempi paikka nukleofiilille hyökätä molekyyliä vastaan. Nukleofiili luovuttaa elektroninsa tälle hiilelle ja muodostaa yksinkertaisen sidoksen hiiliatomin kanssa. Tämä on siis nukleofiilinen lisäys. Lisäksi tämäntyyppisiä reaktioita tapahtuu yleisesti aldehydeissä ja ketoneissa.
Kuva 1: Nukleofiilinen lisäys karbonyylihiileen
Nukleofiilien lisääminen nitriileihin
Nitriili on yhdiste, joka sisältää hiilen kolmoissitoutuneena typpiatomiin. Tämä sidos on erittäin polaarinen, koska typen elektronegatiivisuus on korkeampi kuin hiilen. Sitten hiiliatomi varautuu osittain positiivisesti. Tämän seurauksena tämä hiili voi joutua nukleofiiliseen additioimiseen. Nukleofiili yhdistyy hiiliatomiin. Tuloksena olevalla molekyylillä on kaksoissidos hiilen ja typen välillä kolmoissidoksen sijaan.
Nukleofiilien lisääminen kaksoissidoksiin
Kaksoissidoksessa on pi-sidos ja sigmasidos. Alkeeneissa on kaksoissidoksia. Kun alkeeni käy läpi nukleofiilisen lisäyksen, tyydyttymätön molekyyli kyllästyy nukleofiilillä ja yhdistyy yhteen vinyylihiiliatomeista (kaksoissidoksesta hiiliatomeista) kovalenttisella sidoksella.
Mikä on elektrofiilinen lisäys?
Elektrofiilinen lisäys on prosessi, jossa elektrofiili lisätään alkeenin pi-sidokseen. Reaktion lopussa tämä pi-sidos hajoaa muodostaen kaksi uutta sigma-sidosta. Molekyylin tulee sisältää kaksoissidos tai kolmoissidos vastaanottaakseen elektrofiilin. Se tapahtuu kahdessa vaiheessa. Tarkastellaanpa esimerkkiä elektrofiilisen lisäyksen mekanismin ymmärtämiseksi.
Kuva 2: Elektrofiilinen lisäys
Tässä meillä on positiivisesti varautunut elektrofiili. Lisäksi tyydyttymätön sidos tai kaksoissidos sisältää runsaasti elektroneja. Siksi se voi luovuttaa elektroneja elektronivajaiselle elektrofiilille. Sitten positiivinen varaus siirretään C-C-sidokselle, kun taas hiiliatomin ja elektrofiilin välille muodostuu sigma-sidos. Tämä johtaa karbokaatioon. Koska tämä on epävakaa, positiivisesti varautunut hiiliatomi saa elektroneja anionista muodostaen uuden sigmasidoksen.
Mitä eroa on nukleofiilisellä ja elektrofiilisellä additiolla?
Nukleofiilinen vs elektrofiilinen lisäys |
|
| Nukleofiilinen additio on prosessi, jossa nukleofiili lisätään joko elektronivajaiseen lajiin tai pi-sidokseen molekyylissä. | Elektrofiilinen additio on prosessi, jossa elektrofiili lisätään alkeenin pi-sidokseen. |
| Lisättävä laji | |
| Nukleofiili yhdistyy molekyyliin. | Elektrofiili yhdistyy molekyyliin. |
| Substraatti | |
| Joko positiivinen varauskemiallinen laji tai pi-sidos molekyylissä. | Alkeeni tai alkyyni |
| Prosessi | |
| Nukleofiili muodostaa sigma-sidoksen hiiliatomin kanssa substraatissa | Elektrofiili muodostaa sigma-sidoksen kaksoissidoksessa olevan vinyylihiiliatomin kanssa. |
Yhteenveto – Nukleofiilinen vs elektrofiilinen lisäys
Sekä nukleofiilinen additio että elektrofiilinen additio ovat kaksi tärkeää kemiallista reaktiota, joita käytetään tyydyttyneiden yhdisteiden syntetisoinnissa tyydyttymättömistä yhdisteistä. Keskeinen ero nukleofiilisen ja elektrofiilisen addition välillä on se, että nukleofiilisissä additioreaktioissa molekyyliin lisätään runsaasti elektroneja sisältävä komponentti, kun taas elektrofiilisessä addiossa molekyyliin lisätään elektronivajaa lajia.
