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:

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

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

Общий вид реакций присоединения по связи углерод-кислород:

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

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.

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

Общий вид реакций нуклеофильного присоединения:

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

Реакции нуклеофильного присоединения обозначаются «Ad_N».

Реакции нуклеофильного присоединения по связи С=С довольно 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].

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

Общий вид реакций электрофильного присоединения:

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

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].

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]:

В некоторых случаях присоединение по кратной связи происходит с одновременной атакой обоих 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.