Nucleophile Addition

Die nucleophile Addition ist ein Reaktionsmechanismus bei dem mindestens eine Mehrfachbindung aufgespalten werden muss, wobei der nucleophile Angriff der langsame beziehungsweise geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist. Eine typische Reaktion ist die Addition von Wasser an Carbonyl-Verbindungen.

Allgemeiner Reaktionsmechanismus

Diese Reaktion veranschaulicht den Mechanismus der Nucleophilen Addition anhand einer Carbonyl-Verbindung, an welche Wasser addiert wird und so zu einem Hydrat reagiert. Diese Reaktion verläuft säure- beziehungsweise basenkatalysiert. Im Folgenden wird beispielhaft die säurekatalysierte Addition in einzelne Schritte zerlegt und erläutert.

Säurekatalysierte Addition

1. Im ersten Schritt der Reaktion nähert sich ein Proton, welches als Katalysator fungiert. Dieses geht eine Verbindung mit dem Sauerstoff-Atom der Carbonyl-Verbindung ein, woraufhin aufgrund von Elektronenmangel und starker Elektronegativität des Sauerstoff-Atoms ein Elektronenpaar der Doppelbindung zu diesem umklappt. Dadurch entsteht eine positive Ladung am Kohlenstoff-Atom (Carbeniumion).

2. Nun nähert sich das Wassermolekül dem Carbeniumion und wird aufgrund der positiven Ladung partial geladen. Das Proton wird abgespalten und das OH^- geht eine Bindung mit dem Carbeniumion ein. Die entstandene Verbindung wird Hydrat genannt.

Addition von Alkanolen

Bei der nucleophilen Addition muss nicht zwangsweise Wasser addiert werden, möglich sind unter Anderem auch Alkohole.

Die Reaktion zu einem Halbacetal verläuft parallel zu der Addition von Wasser, mit dem Unterschied, dass anstelle eines Hydroxid-Ions ein Alkoholat-Ion (OR^-) addiert wird.

Das Proton nähert sich der Hydroxid-Gruppe, spaltet sie vom Halbacetal ab und bildet mit ihr Wasser. Anschließend wird das nucleophil OR^- an das Carbeniumion addiert und es entsteht ein Acetal. Auch in dieser Reaktion nimmt das Proton die Rolle des Katalysators ein.

Beispielreaktion

Als Beispielreaktion dient hier die säurekatalysierte Hydratisierung von Chloral (Trichlorethanal)

Wie in der allgemeinen Gleichung nähert sich ein Proton dem Sauerstoff-Atom, spaltet die Dopplebindung und geht mit ihm eine Bindung ein. Anschließend nähert sich nun das Wassermolekül dem Carbeniumion und wird von diesem polarisiert. Ein Proton wird abgespalten und das OH^- geht eine Bindung mit dem Carbeniumion ein.

Sonstiges

Typische Edukte

Carbonyl-Verbindungen
Aldehyde
Ketone
Alkanole
Wasser

Typische Produkte

Hydrate
(Halb-)Acetale

Besonderheiten

Es muss nicht zwingend eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung vorliegen. Bei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dopplebindungen, Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindungen und Kohlenstoff-Radikal-Doppelbindungen kann eine nucleophile Addition ebenfalls durchgeführt werden.

Technisch bedeutende Synthesen

Addition von Canwasserstoff an Carbonylverbindungen um neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen herzustellen.
Glucose und Fructose