Addycja (reakcja addycji) w chemii organicznej — definicja i przykłady

Poznaj addycję w chemii organicznej: definicja, mechanizmy i przykłady reakcji (woda, atak nukleofilowy). Jasne wyjaśnienia i ilustracje.

W chemii organicznej reakcja addycji zachodzi wtedy, gdy dwie cząsteczki łączą się, aby utworzyć jedną większą cząsteczkę. Do addycji dochodzi zwykle wtedy, gdy jedna z reagentów posiada wiązanie podwójne lub potrójne (np. C=C, C≡C), chociaż możliwe są też addycje do innych rodzajów wielokrotnych wiązań, takich jak C=O, C=N itp. Mogą to być więc wiązania węgiel–węgiel, jak i węgiel–tlen, węgiel–azot i inne. W typowych mechanizmach jedna z dwóch cząsteczek działa jako nukleofil — nukleofilem i to właśnie ona przekazuje elektrony drugiej cząsteczce — natomiast druga cząsteczka pełni rolę elektrofila — elektropolem i to właśnie ona otrzymuje elektrony.

Mechanizm i klasyfikacja reakcji addycji

Reakcje addycji można podzielić według mechanizmu i rodzajów uczestniczących reagentów:

• Addycja elektrofilowa – charakterystyczna dla alkenów i alkinów. Pi-orbita wiązania wielokrotnego atakuje elektrofila, powstaje karbokation lub kompleks pośredni, a następnie nukleofil dołącza do centrum karbokationowego.
• Addycja nukleofilowa – typowa dla związków karbonylowych (C=O). Nukleofil atakuje atom węgla karbonylowego, tworząc tetraedryczny stan pośredni (np. hemiketal, alkohol po redukcji).
• Addycja rodnikowa – zachodzi przez mechanizm jednorodnikowy (np. inicjowana przez nadtlenki); istotna w niektórych addycjach H–X prowadzących do odwrócenia reguły Markownikowa przy udziale rodników.
• Cycloaddycje (addycje pericykliczne) – reakcje przebiegające w sposób skoordynowany (concerted), np. reakcja Dielsa–Aldera (4+2), w których następuje jednoczesne tworzenie kilku wiązań.

Zasady regio- i stereochemii

• Regioselektywność (np. reguła Markownikowa) – przy addycji H–X do niesymetrycznego alkenu atak protona zwykle prowadzi do najbardziej stabilnego karbokationu, co skutkuje przyłączeniem grupy X do bardziej podstawionego atomu węgla (Markownikow). Istnieją metody (np. hydroboracja-oksydacja, addycja rodnikowa), które dają produkt anti‑Markownikow.
• Stereoselektywność – addycje mogą przebiegać z przyłączeniem atomów po tej samej stronie płaszczyzny (syn) lub po przeciwnych stronach (anti). Przykładowo, katalityczna hydrogenacja daje addycję syn, natomiast addycja Br2 do alkenu zachodzi przez międzykompleks (bromonium ion) i prowadzi do produktu o konfiguracji anti.
• Przestawienia – w mechanizmach z karbokationami możliwe są przestawienia (hydrydowe lub alkilowe), które wpływają na ostateczny produkt addycji.

Przykłady typowych reakcji addycji

• Hydratacja alkenów (dodanie wody do wiązania podwójnego) — zwykle katalizowana kwasem, prowadzi do alkoholi (z regułą Markownikowa, chyba że zastosujemy inne warunki jak hydroboracja-oksydacja).
• Hydrogenacja (H2, katalizatory metaliczne, np. Pd/C) — addycja wodoru do wiązania C=C lub C≡C, prowadząca do nasycenia związku.
• Addycja halogenów (np. Br2) — daje diwodorozwiązki w położeniach sąsiednich (vicinal dihalogeny) z mechanizmem przez bromonium ion.
• Hydrohalogenacja (HBr, HCl) — addycja kwasu halogenowodorowego; przebieg regioselektywny (Markownikow), z możliwymi przestawieniami karbokationowymi.
• Hydroboracja-oksydacja — addycja B–H w sposób syn i anti‑Markownikow, po utlenieniu daje alkohole w położeniu mniej podstawionym.
• Addycja nukleofilowa do karbonylu — np. atak alkoholu na aldehyd/keton tworzy hemiacetal/hemiketal, redukcja (NaBH4, LiAlH4) daje alkohole.
• Cycloaddycje, np. reakcja Dielsa–Aldera — łączenie dienu i dienofilu w pierścień sześcioczłonowy przy zachowaniu stereochemii reagentów.
• Addycje prowadzące do polimeryzacji (addycja łańcuchowa) — np. polimeryzacja etylenu (radikalna, anionowa lub kationowa) tworzy polietylen.

Kataliza, warunki i odwracalność

• Katalizatory — reakcje addycji często wymagają katalizatorów: kwasów protolitycznych (H+), kwasów Lewisa, metali przejściowych (np. katalizatory hydrogenacji), inicjatorów rodnikowych (nadtlenki).
• Warunki reakcji — temperatura, rozpuszczalnik i obecność inhibitorów wpływają na przebieg i selektywność addycji. Niektóre addycje przebiegają łagodnie w temperaturze pokojowej, inne wymagają podwyższonej temperatury lub ciśnienia (np. hydrogenacja pod ciśnieniem H2).
• Odwracalność — addycja jest często odwracalna: reakcją przeciwną jest eliminacja (dehydratacja, dehydrohalogenacja itp.). W układach równowagowych pozycja równowagi zależy od warunków termodynamicznych i kinetycznych.

Zastosowania praktyczne

Reakcje addycji są fundamentem syntezy organicznej i przemysłowej produkcji związków: tworzenie alkoholi, halogenoalkanów, polimerów (plastików), chemii leków i materiałów. Dzięki różnym mechanizmom i katalizatorom można uzyskać wysoką selektywność regio‑ i stereochemiczną, co jest kluczowe w syntezach związków biologicznie aktywnych.

Podsumowanie

Reakcja addycji polega na przyłączeniu jednego reagentu do drugiego przez rozerwanie wiązania wielokrotnego i utworzenie nowych wiązań pojedynczych. W zależności od rodzaju reagentów i mechanizmu wyróżniamy addycje elektrofilowe, nukleofilowe, rodnikowe i cykliczne. Kluczowymi aspektami są mechanizm, zasady regio‑ i stereochemii oraz warunki reakcji — a znajomość tych zagadnień pozwala projektować selektywne i efektywne syntezy organiczne. Typowymi przykładami są dodanie wody do wiązania podwójnego i atak nukleofilowy na karbonyl.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest reakcja addycji w chemii organicznej?

P: Jakie rodzaje wiązań mogą wchodzić w reakcje addycji?

P: Co to jest nukleofil w reakcji addycji?

P: Co to jest elektrofil w reakcji addycji?

P: Czym różni się reakcja addycji od reakcji eliminacji?

P: Jaki jest przykład reakcji addycji?

P: Czy reakcje addycji mogą zachodzić bez wiązań podwójnych lub potrójnych?

Szukaj według litery