Peamine erinevus nukleofiilse ja elektrofiilse liitmise vahel seisneb selles, et nukleofiilsetes liitumisreaktsioonides ühineb elektronirikas komponent molekuliga, samas kui elektrofiilsetes liitumisreaktsioonides kas elektronidefitsiitne aine või neutraalne ühend tühjade orbitaalidega ühineb molekuliga.
Nukleofiil on elektroniderikas keemiline liik, mis võib loovutada elektronpaari elektronidefitsiitsele liigile. Elektrofiil seevastu on kas positiivselt laetud või neutraalne. Kui see on neutraalne, peaksid sellel olema tühjad orbitaalid, et vastu võtta teisest liigist pärit elektrone.
Mis on nukleofiilne lisamine?
Nukleofiilne liitmine on protsess, mille käigus lisatakse nukleofiil kas elektronidefitsiitsele liigile või pi-sidemele molekulis (nimetame seda substraadiks). Lisatud nukleofiil moodustab substraadiga üksiksideme (sigma side). Vaatleme mõnda näidet, et mõista nukleofiilse liitmise protsessi.
Nukleofiilide lisamine karbonüülsüsinikule
Karbonüülrühmad on polaarsed, kuna neil on hapnikuaatomiga kaksiksidemega süsinikuaatom. See polaarsus tuleneb süsiniku ja hapniku elektronegatiivsuse väärtuste suurest erinevusest. See tähendab, et hapnikul on suurem afiinsus sideme elektronide suhtes kui süsinikul. Siis saab karbonüülrühma süsinikuaatom osalise positiivse laengu. See süsinik on nukleofiilile parem koht molekuli ründamiseks. Nukleofiil loovutab oma elektronid sellele süsinikule ja moodustab süsinikuaatomiga üksiksideme. Seega on tegemist nukleofiilse lisamisega. Lisaks toimuvad seda tüüpi reaktsioonid tavaliselt aldehüüdides ja ketoonides.
Joonis 1: Nukleofiilne lisamine karbonüülsüsinikule
Nukleofiilide lisamine nitriilidele
Nitriil on ühend, mis sisaldab süsiniku kolmiksidet, mis on seotud lämmastikuaatomiga. See side on väga polaarne, kuna lämmastiku elektronegatiivsus on suurem kui süsinikul. Seejärel saab süsinikuaatom osaliselt positiivselt laetud. Selle tulemusena võib see süsinik läbida nukleofiilse liitumise. Nukleofiil ühineb süsinikuaatomiga. Saadud molekulil on kolmiksideme asemel kaksikside süsiniku ja lämmastiku vahel.
Nukleofiilide lisamine kaksiksidemetele
Kaksiksidemel on pi- ja sigma-side. Topeltsidemed esinevad alkeenides. Kui alkeen läbib nukleofiilse liitumise, küllastub küllastumata molekul nukleofiiliga ja ühineb kovalentse sideme kaudu ühe vinüüli süsinikuaatomiga (kaksiksidemega süsinikuaatomitega).
Mis on elektrofiilne lisand?
Elektrofiilne lisamine on protsess, mille käigus lisatakse alkeeni pi-sidemele elektrofiil. Reaktsiooni lõpus see pi-side laguneb, moodustades kaks uut sigma sidet. Elektrofiili vastuvõtmiseks peaks molekul sisaldama kaksiksidet või kolmiksidet. See toimub kahes etapis. Vaatleme näidet, et mõista elektrofiilse liitmise mehhanismi.
Joonis 2: Elektrofiilne liitmine
Siin on positiivselt laetud elektrofiil. Lisaks on küllastumata side või kaksikside rikas elektronidega. Seetõttu võib see elektronide puudulikule elektrofiilile elektrone loovutada. Seejärel kantakse positiivne laeng üle C-C sidemele, samal ajal kui süsinikuaatomi ja elektrofiili vahele moodustub sigma side. Selle tulemuseks on karbokatatsioon. Kuna see on ebastabiilne, saab positiivselt laetud süsinikuaatom anioonilt elektronid, moodustades uue sigma sideme.
Mis vahe on nukleofiilsel ja elektrofiilsel liitumisel?
Nukleofiilne vs elektrofiilne liitumine |
|
| Nukleofiilne liitmine on protsess, mille käigus lisatakse nukleofiil kas elektronidefitsiitsele liigile või pi-sidemele molekulis. | Elektrofiilne liitmine on protsess, mille käigus lisatakse alkeeni pi-sidemele elektrofiil. |
| Liigid lisatakse | |
| Nukleofiil ühineb molekuliga. | Elektrofiil ühineb molekuliga. |
| Substraat | |
| Kas positiivse laenguga keemiline osa või pii-side molekulis. | Alkeen või alküün |
| Protsess | |
| Nukleofiil moodustab substraadis süsinikuaatomiga sigma sideme | Elektrofiil moodustab kaksiksidemes oleva vinüülsüsinikuaatomiga sigma sideme. |
Kokkuvõte – nukleofiilne vs elektrofiilne liitmine
Nii nukleofiilne liitmine kui ka elektrofiilne lisamine on kaks olulist keemilist reaktsiooni, mida kasutatakse küllastunud ühendite sünteesimisel küllastumata ühenditest. Peamine erinevus nukleofiilse ja elektrofiilse liitmise vahel on see, et nukleofiilsete liitumisreaktsioonide korral lisatakse molekulile elektroniderikas komponent, samas kui elektrofiilse liitmise korral lisatakse molekulile elektronidefitsiitne osa.
