สำหรับปฏิกิริยาการเติม จะมีลักษณะเฉพาะการก่อตัวของสารประกอบเคมีหนึ่งชนิดจากผลิตภัณฑ์ตั้งต้นตั้งแต่สองตัวขึ้นไป การพิจารณากลไกการเติมอิเล็กโตรฟิลลิกนั้นสะดวกโดยใช้ตัวอย่างของอัลคีน - อะไซคลิกไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวที่มีพันธะคู่หนึ่งพันธะ นอกจากนี้ ไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ที่มีพันธะหลายตัว รวมถึงพันธะไซคลิก จะเข้าสู่การเปลี่ยนแปลงดังกล่าว
ขั้นตอนของการปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลตั้งต้น
การเติมอิเล็กโทรฟิลิกเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน อิเล็กโทรไฟล์ซึ่งมีประจุบวกทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนและพันธะคู่ของโมเลกุลอัลคีนทำหน้าที่เป็นผู้ให้อิเล็กตรอน สารประกอบทั้งสองในขั้นต้นก่อรูป p-complex ที่ไม่เสถียร จากนั้นการเปลี่ยนแปลงของ π-complex เป็น ϭ-complex ก็เริ่มต้นขึ้น การก่อตัวของ carbocation ในขั้นตอนนี้และความเสถียรกำหนดอัตราการโต้ตอบโดยรวม จากนั้นคาร์โบเคชั่นจะทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับนิวคลีโอไฟล์ที่มีประจุลบบางส่วนเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการเปลี่ยนแปลง
ผลของหมู่แทนที่ต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
Delocalization ของประจุ (ϭ+) ในการ carbocation ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโมเลกุลเดิม ผลอุปนัยเชิงบวกที่แสดงโดยกลุ่มอัลคิลทำให้ประจุของอะตอมคาร์บอนที่อยู่ติดกันลดลง เป็นผลให้ในโมเลกุลที่มีตัวแทนการบริจาคอิเล็กตรอน ความเสถียรสัมพัทธ์ของไอออนบวก ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของพันธะ π และปฏิกิริยาของโมเลกุลโดยรวมเพิ่มขึ้นทั้งหมด ผลกระทบของตัวรับอิเล็กตรอนต่อการเกิดปฏิกิริยาจะตรงกันข้าม
กลไกการติดฮาโลเจน
มาวิเคราะห์รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกของปฏิกิริยาการเติมอิเล็กโตรฟิลลิกโดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาของอัลคีนและฮาโลเจน
- โมเลกุลของฮาโลเจนเข้าใกล้พันธะคู่ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและกลายเป็นโพลาไรซ์ เนื่องจากประจุบวกบางส่วนที่ปลายด้านหนึ่งของโมเลกุล ฮาโลเจนจะดึงอิเล็กตรอนของพันธะ π เข้าหาตัวมันเอง นี่คือวิธีสร้าง π-complex ที่ไม่เสถียร
- ในขั้นตอนต่อไป อนุภาคอิเล็กโตรฟิลลิกจะรวมตัวกับอะตอมของคาร์บอน 2 อะตอม ทำให้เกิดวัฏจักร ไอออน "onium" ที่เป็นวัฏจักรปรากฏขึ้น
- อนุภาคฮาโลเจนที่มีประจุที่เหลืออยู่ (นิวคลีโอไฟล์ที่มีประจุบวก) ทำปฏิกิริยากับไอออนของหัวหอมและมารวมกันที่ด้านตรงข้ามของอนุภาคฮาโลเจนก่อนหน้า ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายปรากฏขึ้น - trans-1, 2-dihaloalkane ในทำนองเดียวกัน การเพิ่มฮาโลเจนในไซโคลแอลคีนก็เกิดขึ้น
กลไกการเติมกรดไฮโดรฮาลิก
ปฏิกิริยาการเติมอิเล็กโทรฟิลิกของไฮโดรเจนเฮไลด์และกรดซัลฟิวริกดำเนินการต่างกัน ในตัวกลางที่เป็นกรด ตัวทำปฏิกิริยาจะแยกตัวออกเป็นไอออนบวกและประจุลบ ไอออนที่มีประจุบวก (อิเล็กโทรฟิล) โจมตีพันธะ π ซึ่งเชื่อมต่อกับอะตอมของคาร์บอนตัวใดตัวหนึ่ง carbocation เกิดขึ้นโดยที่อะตอมของคาร์บอนที่อยู่ติดกันมีประจุบวก ถัดไป คาร์โบเคชั่นทำปฏิกิริยากับแอนไอออน ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยา
ทิศทางปฏิกิริยาระหว่างรีเอเจนต์แบบอสมมาตรกับกฎของมาร์คอฟนิคอฟ
การเติมอิเล็กโทรฟิลิกระหว่างโมเลกุลอสมมาตรสองโมเลกุลจะดำเนินการแบบรีจิโอซีเล็คทีฟ ซึ่งหมายความว่ามีเพียงหนึ่งในสองไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้เท่านั้นที่ก่อตัวขึ้นอย่างเด่นชัด Regioelectivity อธิบายกฎของ Markovnikov ตามที่ไฮโดรเจนยึดติดกับอะตอมของคาร์บอนที่เชื่อมต่อกับอะตอมไฮโดรเจนอื่น ๆ จำนวนมาก (เติมไฮโดรเจนมากขึ้น)
เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของกฎนี้ คุณต้องจำไว้ว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความเสถียรของคาร์โบเคชั่นระดับกลาง ผลกระทบของการบริจาคอิเล็กตรอนและการรับสารทดแทนถูกกล่าวถึงข้างต้น ดังนั้นการเติมกรดไฮโดรโบรมิกด้วยอิเล็กโตรฟิลิกในโพรพีนจะนำไปสู่การก่อตัวของ 2-โบรโมโพรเพน ไอออนบวกระดับกลางที่มีประจุบวกบนอะตอมของคาร์บอนตรงกลางจะมีความเสถียรมากกว่าคาร์โบเคชันที่มีประจุบวกบนอะตอมภายนอก เป็นผลให้อะตอมโบรมีนมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมของคาร์บอนที่สอง
ผลของการแทนที่ด้วยการถอนอิเล็กตรอนต่อการปฏิสัมพันธ์
หากโมเลกุลของพาเรนต์ประกอบด้วยหมู่แทนที่การถอนอิเล็กตรอนที่มีผลอุปนัยเชิงลบและ/หรือเมโซเมอร์เชิงลบ การเติมอิเล็กโทรฟิลิกจะขัดกับกฎข้างต้น ตัวอย่างของหมู่แทนที่ดังกล่าว: CF3, COOH, CN ในกรณีนี้ ยิ่งระยะห่างของประจุบวกจากกลุ่มดึงอิเล็กตรอนมากขึ้นเท่าไร จะทำให้คาร์โบเคชั่นปฐมภูมิมีเสถียรภาพมากขึ้น เป็นผลให้ไฮโดรเจนรวมกับอะตอมของคาร์บอนที่เติมไฮโดรเจนน้อยลง
กฎรุ่นสากลจะมีลักษณะดังนี้: เมื่ออัลคีนไม่สมมาตรและรีเอเจนต์ที่ไม่สมมาตรโต้ตอบกัน ปฏิกิริยาจะดำเนินไปตามเส้นทางของการก่อตัวของคาร์โบเคชั่นที่เสถียรที่สุด