Die nukleophile Addition (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

Das Nukleophil greift an dem Ende der Mehrfachbindung an, dessen Elektronendichte durch die induktiven Einflüsse von Substituenten herabgesetzt wurde. Dieses ist bei C-C-Mehrfachbindungen, bei denen ein Kohlenstoff-Atom mit elektronegativen Atomen oder Atomgruppen verbunden ist, oder bei C-X-Mehrfachbindungen der Fall.

Nukleophile Addition an C-C-Mehrfachbindungen

Der erste Schritt bei dieser Reaktion besteht in dem Angriff des Nukleophils am stärker positiv polarisierten Kohlenstoff 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 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:

Sauerstoff als Nukleophil

• Hydratisierung
• Acetal-Bildung

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

• Mercaptal-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. ISBN 978-3110179996 (Seite 259 (nukleophile Additionen bei Aldehyden und Ketonen) in der Google Buchsuche).</span>
2. ↑  Singh: Advanced Organic Chemistry: Reactions And Mechanisms. Pearson, 2004, ISBN 978-8131711071 (Seite 193 (nucleophilic addition to alkenes and alkynes) in der Google Buchsuche).</span>
3. ↑  Marye Anne Fox,James K. Whitesell: Organic chemistry. ISBN 978-0763721978 (Seite 571ff (nucleophile, addition or substitution at carbonyl groups) in der Google Buchsuche).</span>
4. ↑  Alan R. Katritzky,Stanley M. Roberts,Otto Meth-Cohn,Charles Wayne Rees: Comprehensive organic functional group transformations. ISBN 978-0080423227 (Seite 286 in der Google Buchsuche).</span>
5. ↑ ^{a b}  Alan R. Katritzky: Advances in heterocyclic chemistry, Band 95. 2008, ISBN 978-0123742728 (Seite 70 in der Google Buchsuche).</span>