Nukleophile Addition

Die nukleophile Addition (kurz A_N) (siehe dazu: Nukleophilie) ist ein Reaktionsmechanismus in der organischen Chemie, bei dem ein Nukleophil (Anion oder Lewis-Base) eine Mehrfachbindung angreift. Das Nukleophil wird der angegriffenen Verbindung hinzugefügt (Addition). Es findet kein Austausch von Atomen oder Atomgruppen statt (vergleiche mit: Substitution).[1]

Edukte

Nukleophil

Als Nukleophile können die verschiedensten Verbindungen eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um elektronenreiche, meist freie Elektronenpaare enthaltende, Moleküle oder Anionen (siehe unten: Beispiele).

Mehrfachbindungen

Nukleophile Additionen können an unterschiedlichen Typen von Mehrfachbindungen stattfinden:

1. Addition an C=C-Doppelbindungen[2]
2. Addition an C≡C-Dreifachbindungen
3. Addition an konjugierte C-C-Mehrfachbindungen
4. Addition an C-X-Mehrfachbindungen

Reaktionsverlauf

Die Addition des Nukleophils ist normalerweise thermodynamisch kontrolliert; das Nukleophil wird so an die Mehrfachbindung angelagert, dass ein möglichst stabiles Anion resultiert (vergleiche hierzu die Begründung der Markownikow-Regel). Die Stabilisierung erfolgt bei C-X-Mehrfachbindungen durch die Heteroatome selbst, bei substituierten CC-Mehrfachbindungen durch induktive Einflüsse von Substituenten, besonders aber durch Substituenten mit −M-Effekt. Da solche Substituenten gleichzeitig das entferntere C-Atom der Doppelbindung positivieren, ist die Addition an diesem auch kinetisch begünstigt.

Nukleophile Addition an C-C-Mehrfachbindungen

Der erste Schritt bei dieser Reaktion besteht in dem Angriff des Nukleophils unter Bildung eines Carbanions:

X steht für das Nukleophil, Z für den elektronenziehenden Substituenten.

Im zweiten Schritt reagiert das Carbanion mit einem Elektronenakzeptor, meist einem Proton:

Y ist der Elektronenakzeptor.

Die Bildung des Carbanions wird stark begünstigt, wenn die Substituenten dieses durch Mesomerie stabilisieren können. Man spricht dann von einer Michael-Addition, wobei das Nukleophil das Anion einer CH-aciden Verbindung ist.

Nukleophile Addition an C-X-Mehrfachbindungen

CX-Mehrfachbindungen kommen in folgenden Atomgruppen vor:

• Carbonylgruppe[3]
• Thiocarbonylgruppe[4]
• Isocyanatgruppe[5]
• Azomethingruppe
• Cyanogruppe
• Isocyanogruppe[5]

Hier kann ein Nukleophil am Kohlenstoff einer CX-Mehrfachbindung angreifen. Die andere Möglichkeit ist, dass zunächst das elektronenziehende Heteroatom in einem vorgelagerten Gleichgewicht protoniert wird und anschließend das Nukleophil am Kohlenstoff bindet.

Beispiele

Nukleophile Addition an C-C-Mehrfachbindungen

• Addition von Ammoniak oder Aminen
• Addition von Cyanwasserstoff
• Michael-Addition

Nukleophile Addition an C-X-Mehrfachbindungen

Die einzelnen nukleophilen Additionen an C-X-Mehrfachbindungen können anhand des angreifenden Nukleophils in Gruppen eingeteilt werden:

Stickstoff als Nukleophil

• Addition von primären Aminen: Diese Reaktion führt zu einer einem Halbacetal entsprechenden Verbindung (Halbaminal), die in einer Folgereaktion unter Wasserabspaltung in ein Azomethin übergeht.

Addition eines primären Amins als Nukleophil an eine Carbonylgruppe. Mit R ist der Alkylrest des Amins bezeichnet.

• Addition von sekundären Aminen: Diese Reaktion führt letztendlich zu einem Enamin.
• Addition von Hydrazin
• Addition von Hydroxylamin
• Mannich-Reaktion

Schwefel als Nukleophil

• Thioacetal-Bildung
• Bisulfitaddition

Carbanionischer Kohlenstoff als Nukleophil

• Aldolreaktion
• Benzoin-Addition
• Cyanhydrin-Synthese
• Knoevenagel-Kondensation
• Perkin-Reaktion
• Reformatzki-Reaktion
• Stobbe-Kondensation
• Strecker-Synthese von Aminosäuren
• Wittig-Reaktion

Einzelnachweise

1. Benno Krieg, Christoph Janiak: Chemie für Mediziner. 2004, ISBN 3-11-017999-7 (Seite 259 nukleophile Additionen bei Aldehyden und Ketonen in der Google-Buchsuche). 
2. Singh: Advanced Organic Chemistry: Reactions And Mechanisms. Pearson, 2004, ISBN 978-81-317-1107-1 (Seite 193 nucleophilic addition to alkenes and alkynes in der Google-Buchsuche). 
3. Marye Anne Fox, James K. Whitesell: Organic chemistry. 2004, ISBN 0-7637-2197-2 (Seite 571ff nucleophile, addition or substitution at carbonyl groups in der Google-Buchsuche). 
4. Alan R. Katritzky, Stanley M. Roberts, Otto Meth-Cohn,Charles Wayne Rees: Comprehensive organic functional group transformations. 1995, ISBN 0-08-042322-1 (Seite 286 in der Google-Buchsuche). 
5. Alan R. Katritzky: Advances in heterocyclic chemistry, Band 95. 2008, ISBN 978-0-12-374272-8 (Seite 70 in der Google-Buchsuche). 

Normdaten (Sachbegriff): GND: 4337149-8 (lobid, OGND)