დამატების რეაქციებისთვის დამახასიათებელია ერთი ქიმიური ნაერთის წარმოქმნა ორი ან მეტი საწყისი პროდუქტისგან. მოსახერხებელია ელექტროფილური დამატების მექანიზმის გათვალისწინება ალკენების მაგალითის გამოყენებით - უჯერი აციკლური ნახშირწყალბადები ერთი ორმაგი ბმით. მათ გარდა, სხვა ნახშირწყალბადები მრავალჯერადი ბმებით, მათ შორის ციკლური, შედის ასეთ გარდაქმნებში.
საწყისი მოლეკულების ურთიერთქმედების ეტაპები
ელექტროფილური დამატება ხდება რამდენიმე ეტაპად. ელექტროფილი, რომელსაც აქვს დადებითი მუხტი, მოქმედებს როგორც ელექტრონის მიმღები, ხოლო ალკენის მოლეკულის ორმაგი ბმა მოქმედებს როგორც ელექტრონის დონორი. ორივე ნაერთი თავდაპირველად ქმნის არასტაბილურ p-კომპლექსს. შემდეგ იწყება π-კომპლექსის ტრანსფორმაცია ϭ-კომპლექსად. ამ ეტაპზე კარბოკატიონის ფორმირება და მისი სტაბილურობა განსაზღვრავს მთლიანობაში ურთიერთქმედების სიჩქარეს. შემდეგ კარბოკატიონი სწრაფად რეაგირებს ნაწილობრივ უარყოფითად დამუხტულ ნუკლეოფილთან და წარმოიქმნებატრანსფორმაციის საბოლოო პროდუქტი.
შემცვლელების გავლენა რეაქციის სიჩქარეზე
მუხტის (ϭ+) დელოკალიზაცია კარბოკატიონში დამოკიდებულია ორიგინალური მოლეკულის სტრუქტურაზე. ალკილის ჯგუფის მიერ გამოვლენილი დადებითი ინდუქციური ეფექტი იწვევს მიმდებარე ნახშირბადის ატომის მუხტის შემცირებას. შედეგად, მოლეკულაში, რომელსაც აქვს ელექტრონის შემომტანი შემცვლელი, იზრდება კატიონის შედარებითი სტაბილურობა, π-ბმას ელექტრონის სიმკვრივე და მთლიანობაში მოლეკულის რეაქტიულობა. ელექტრონის მიმღების ეფექტი რეაქტიულობაზე საპირისპირო იქნება.
ჰალოგენის მიმაგრების მექანიზმი
მოდით უფრო დეტალურად გავაანალიზოთ ელექტროფილური დამატების რეაქციის მექანიზმი ალკენისა და ჰალოგენის ურთიერთქმედების მაგალითის გამოყენებით.
- ჰალოგენის მოლეკულა უახლოვდება ორმაგ კავშირს ნახშირბადის ატომებს შორის და ხდება პოლარიზებული. მოლეკულის ერთ ბოლოში ნაწილობრივ დადებითი მუხტის გამო, ჰალოგენი თავისკენ უბიძგებს π კავშირის ელექტრონებს. ასე იქმნება არასტაბილური π-კომპლექსი.
- შემდეგ ეტაპზე ელექტროფილური ნაწილაკი ერწყმის ორ ნახშირბადის ატომს და ქმნის ციკლს. ჩნდება ციკლური "ონიუმის" იონი.
- დარჩენილი დამუხტული ჰალოგენის ნაწილაკი (დადებითად დამუხტული ნუკლეოფილი) ურთიერთქმედებს ონიუმის იონთან და უერთდება წინა ჰალოგენის ნაწილაკს მოპირდაპირე მხარეს. ჩნდება საბოლოო პროდუქტი - ტრანს-1, 2-დიჰალოალკანი. ანალოგიურად, ხდება ჰალოგენის დამატება ციკლოალკენში.
ჰიდროჰალიუმის მჟავების დამატების მექანიზმი
წყალბადის ჰალოგენებისა და გოგირდმჟავას ელექტროფილური დამატების რეაქციები განსხვავებულად მიმდინარეობს. მჟავე გარემოში რეაგენტი იშლება კატიონად და ანიონად. დადებითად დამუხტული იონი (ელექტროფილი) უტევს π-ბმას, უერთდება ნახშირბადის ერთ-ერთ ატომს. იქმნება კარბოკატიონი, რომელშიც მიმდებარე ნახშირბადის ატომი დადებითად არის დამუხტული. შემდეგ, კარბოკატიონი რეაგირებს ანიონთან და წარმოქმნის რეაქციის საბოლოო პროდუქტს.
რეაქციის მიმართულება ასიმეტრიულ რეაგენტებსა და მარკოვნიკოვის წესს შორის
ელექტროფილური დამატება ორ ასიმეტრიულ მოლეკულას შორის მიმდინარეობს რეგიოსელექტიურად. ეს ნიშნავს, რომ ორი შესაძლო იზომერიდან მხოლოდ ერთი წარმოიქმნება უპირატესად. რეგიოსელექტურობა აღწერს მარკოვნიკოვის წესს, რომლის მიხედვითაც წყალბადი მიემაგრება ნახშირბადის ატომს, რომელიც დაკავშირებულია დიდი რაოდენობით სხვა წყალბადის ატომებთან (უფრო წყალბადირებული).
ამ წესის არსის გასაგებად, უნდა გახსოვდეთ, რომ რეაქციის სიჩქარე დამოკიდებულია შუალედური კარბოკატიონის სტაბილურობაზე. ელექტრონის დონაციის და შემცვლელების მიღების ეფექტი განხილული იყო ზემოთ. ამრიგად, ჰიდრობრომმჟავას ელექტროფილური დამატება პროპენში გამოიწვევს 2-ბრომოპროპანის წარმოქმნას. ნახშირბადის ცენტრალურ ატომზე დადებითი მუხტის მქონე შუალედური კატიონი უფრო სტაბილურია, ვიდრე კარბოკატიონი დადებითი მუხტით გარე ატომზე. შედეგად, ბრომის ატომი ურთიერთქმედებს მეორე ნახშირბადის ატომთან.
ელექტრონების ამომყვანი შემცვლელის ეფექტი ურთიერთქმედების მიმდინარეობაზე
თუ ძირითადი მოლეკულა შეიცავს ელექტრონის ამომყვან შემცვლელს, რომელსაც აქვს უარყოფითი ინდუქციური და/ან მეზომერული ეფექტი, ელექტროფილური დამატება ეწინააღმდეგება ზემოთ მოცემულ წესს. ასეთი შემცვლელების მაგალითები: CF3, COOH, CN. ამ შემთხვევაში დადებითი მუხტის უფრო დიდი მანძილი ელექტრონის ამომყვანი ჯგუფიდან პირველ კარბოკატიონს უფრო სტაბილურს ხდის. შედეგად, წყალბადი ერწყმის ნაკლებად ჰიდროგენიზებულ ნახშირბადის ატომს.
წესის უნივერსალური ვერსია ასე გამოიყურება: როდესაც უსიმეტრიული ალკენი და არასიმეტრიული რეაგენტი ურთიერთქმედებენ, რეაქცია მიმდინარეობს ყველაზე სტაბილური კარბოკატიონის ფორმირების გზაზე.
