Elektrophile Addition

Eine typische Eigenschaft ungesättigter Kohlenwasserstoffe ist deren Fähigkeit zur Addition anderer Stoffklassen wie zum Beispiel Wasser, Halogenen, Halogenwasserstoffe oder Säuren. Dies geschieht über den Reaktionsmechanismus der elektrophilen Addition.
Je nach Art der beteiligten Stoffklassen, die über die elektrophile Addition mit den ungesättigten Kohlenwasserstoffen Verbindungen eingehen, können folgende Additionsreaktionen zusammengefasst werden:

  • Hydratisierung: Addition von Wasser
  • Halogenierung: Addition von Halogenen
  • Hydrohalogenierung: Addition von Halogenwasserstoffen
  • Sulfonierung: Addition von Schwefeltrioxid

Um die bei der elektrophilen Addition ablaufenden Vorgänge zu beschreiben, betrachten wir hierbei exemplarisch die Halogenierung von Ethen (C2H4) mit Brom (Br2).

 

C2H4 + Br2 → C2H4Br2

1. Teil der Addition:

- an der Doppelbindung des Ethens befindet sich eine hohe Elektronendichte und somit eine negative Partialladung
- aufgrund der holen Elektronendichte an der Doppelbindung verschieben sich die Elektronen des Brommoleküls in den zum Ethenmolekül abgewandten Teil des Moleküls und werden dort aufkonzentriert.
- Diese Aufkonzentrierung hat eine negative Partialladung an der zum Ethen entgegengesetzten Seite zur Folge. An der zum Ethen hingewandten Seite entsteht dagegen eine positive Partialladung

Erster Schritt der elektrophilen Addition mit Brom in Strukturformel.

- Der partiell positiv geladene Teil des Brommoleküls kann nun als Elektrophil bezeichnet werden, es hat ein Bestreben, Elektronen aufzunehmen.
- Das Brommolekül wird hierbei durch die hohe Elektronendichte der Doppelbindung heterolytisch gespalten.
- Das positiv geladene Bromatom (Bromoniumion) des Br2-Moleküls geht nun eine σ-Bindung mit einem Kohlenstoff-Atom unter Aufbrechen dessen Doppelbindung ein.
- Es bleibt somit ein negativ geladenes Bromid-Anion übrig.
- Das positive Brom-Kation verbleibt im Kohlenwasserstoffmolekül und wird inklusive seiner positiven Partialladung über Mesomeriezustände stabilisiert.
- An einem der beiden Kohlenstoffatome herrscht nun ebenfalls eine positive Partialladung, da die Doppelbindung aufgebrochen wurde und somit nur noch dreifach gebunden ist (hier wird auch vom „Carbeniumion“ gesprochen).

Zweiter Schritt der Strukturformel der elektrophilen Addition.

2. Teil der Addition:

- Im zweiten Teil der Reaktion wir das negativ geladene Bromidion in seiner nucleophilen Eigenschaft („es liebt die positive Ladung“) an das Carbeniumion, was ebenfalls nach ausreichend Elektronen strebt, addiert.
- Aufgrund von Platzgründen (Bromione sind im Vergleich zu Wasserstoffatomen sehr groß) wird sich das Bromidion an der gegenüberliegenden Seite zum bereits gebunden Bromion anordnen. Daher wird dieser Vorgang auch als „Rückseitenangriff“ bezeichnet.

Dritter Schritt der elektrophilen Addition in Strukturformelschreibweise.