Đối với phản ứng cộng, sự hình thành một hợp chất hóa học từ hai hoặc nhiều sản phẩm ban đầu là đặc trưng. Thuận tiện để xem xét cơ chế cộng electron bằng cách sử dụng ví dụ về anken - hiđrocacbon mạch hở không no có một liên kết đôi. Ngoài chúng, các hydrocacbon khác có nhiều liên kết, bao gồm cả các liên kết mạch vòng, cũng tham gia vào quá trình biến đổi như vậy.
Các bước tương tác của các phân tử ban đầu
Quá trình bổ sung electron diễn ra trong nhiều giai đoạn. Electrophile, mang điện tích dương, đóng vai trò là chất nhận điện tử, và liên kết đôi của phân tử anken đóng vai trò chất cho điện tử. Cả hai hợp chất ban đầu đều tạo thành phức chất p không bền. Sau đó, quá trình biến đổi phức π thành phức ϭ bắt đầu. Sự hình thành cacbocation ở giai đoạn này và độ ổn định của nó quyết định tốc độ tương tác nói chung. Sau đó cacbocation phản ứng nhanh chóng với nucleophile tích điện âm một phần để tạo thànhsản phẩm cuối cùng của sự biến đổi.
Ảnh hưởng của nhóm thế đến tốc độ phản ứng
Sự phân chia điện tích (ϭ +) trong cacbocation phụ thuộc vào cấu trúc của phân tử ban đầu. Hiệu ứng cảm ứng dương được thể hiện bởi nhóm alkyl dẫn đến sự giảm điện tích của nguyên tử cacbon liền kề. Kết quả là, trong phân tử có nhóm thế nhường electron, độ ổn định tương đối của cation, mật độ electron của liên kết π và khả năng phản ứng của phân tử nói chung đều tăng. Ảnh hưởng của chất nhận electron lên khả năng phản ứng sẽ ngược lại.
Cơ chế gắn Halogen
Hãy phân tích chi tiết hơn cơ chế của phản ứng cộng electrophin bằng ví dụ về sự tương tác của một anken và một halogen.
- Phân tử halogen tiến đến liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon và trở nên phân cực. Do một phần điện tích dương ở một đầu phân tử, các halogen kéo các electron của liên kết π về phía chính nó. Đây là cách một phức hợp π không ổn định được hình thành.
- Ở bước tiếp theo, hạt electrophin kết hợp với hai nguyên tử cacbon, tạo thành một chu trình. Một ion "onium" tuần hoàn xuất hiện.
- Hạt halogen tích điện còn lại (nucleophile tích điện dương) tương tác với ion onium và tham gia ở phía đối diện của hạt halogen trước đó. Sản phẩm cuối cùng xuất hiện - trans-1, 2-dihaloalkane. Tương tự, sự cộng halogen vào xicloalkene xảy ra.
Cơ chế cộng axit hydrohalic
Phản ứng cộng electron của hiđro halogenua và axit sunfuric diễn ra khác nhau. Trong môi trường axit, thuốc thử phân ly thành cation và anion. Một ion tích điện dương (electrophile) tấn công liên kết π, kết nối với một trong các nguyên tử cacbon. Một cacbocation được hình thành trong đó nguyên tử cacbon liền kề mang điện tích dương. Tiếp theo, cacbocation phản ứng với anion, tạo thành sản phẩm cuối cùng của phản ứng.
Hướng phản ứng giữa thuốc thử không đối xứng và quy tắc Markovnikov
Sự cộng electron giữa hai phân tử không đối xứng tiến hành một cách ngẫu nhiên. Điều này có nghĩa là chỉ có một trong hai đồng phân có thể được hình thành chủ yếu. Tính chính xác mô tả quy tắc của Markovnikov, theo đó hydro gắn vào một nguyên tử carbon được kết nối với một số lượng lớn các nguyên tử hydro khác (nhiều hydro hóa hơn).
Để hiểu bản chất của quy tắc này, bạn cần nhớ rằng tốc độ phản ứng phụ thuộc vào độ ổn định của cacbocation trung gian. Ảnh hưởng của việc cho và nhận electron của các nhóm thế đã được thảo luận ở trên. Do đó, sự cộng electrophin của axit hydrobromic vào propen sẽ dẫn đến sự hình thành 2-bromopropan. Cation trung gian mang điện tích dương ở nguyên tử cacbon trung tâm bền hơn so với cacbocation mang điện tích dương ở nguyên tử ngoài cùng. Kết quả là, nguyên tử brom tương tác với nguyên tử cacbon thứ hai.
Ảnh hưởng của nhóm thế rút điện tử lên quá trình tương tác
Nếu phân tử mẹ chứa nhóm thế rút điện tử có hiệu ứng cảm ứng âm và / hoặc mêzôn, thì phép cộng electrophin sẽ đi ngược lại quy tắc trên. Ví dụ về các nhóm thế như vậy: CF3, COOH, CN. Trong trường hợp này, khoảng cách lớn hơn của điện tích dương từ nhóm rút điện tử làm cho cacbocation sơ cấp bền hơn. Kết quả là, hydro kết hợp với một nguyên tử carbon ít hydro hóa hơn.
Phiên bản chung của quy tắc sẽ giống như sau: khi một anken không đối xứng và một thuốc thử không đối xứng tương tác, phản ứng sẽ diễn ra theo con đường hình thành cacbocation bền nhất.
