Le reazioni di addizione sono reazioni in cui un legame multiplo tra due atomi diventa totalmente o parzialmente saturato con rottura di due o di un legame π e formazione di legami σ .
Nelle reazioni di addizione quindi da due reagenti se ne ottiene uno come, ad esempio nel caso dell’idrogenazione catalitica di un alchene:
CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3
In questa reazione si rompe il legame π presente tra i due atomi di carbonio e si formano 2 legami σ tra un carbonio e un idrogeno.
Le reazioni di addizione non avvengono quindi nel caso di composti saturi a meno che non si tratti di composti ciclici di 3 o 4 atomi di carbonio che, a causa dell’alta tensione dell’anello danno reazioni di addizione che portano all’apertura dell’anello. Ad esempio:
ciclopropano + H2 → propano
A seconda del substrato e dei reagenti utilizzati le reazioni di addizione si distinguono in addizioni elettrofile, nucleofile e radicaliche.
Addizioni elettrofile
Le addizioni elettrofile si verificano con composti che presentano un doppio o un triplo legame come alcheni e alchini. In tali reazioni gli elettroni π agiscono da basi e da nucleofili.
La reazione tra >C=C< con l’elettrofilo E+ dà luogo alla formazione di un carbocatione che reagisce con il nucleofilo Nu– secondo lo schema generale
Nel caso di un alchene asimmetrico, ovvero i gruppi legati ai due atomi di carbonio coinvolti nel doppio legame sono diversi, stante la formazione del carbocatione nello stadio intermedio si formerà il carbocatione più stabile che determina il prodotto di reazione.
Ad esempio l’addizione di acqua in ambiente acido al propene porta alla formazione del 2-propanolo
Addizioni nucleofile
Le addizioni nucleofile si verificano quando in un composto contenente un legame π si formano due nuovi legami covalenti per aggiunta di un nucleofilo.
I substrati che danno reazione di addizione nucleofila presentano atomi di carbonio ibridati sp2 e sp in cui vi sia una polarizzazione degli elettroni π per effetto induttivo e mesomero e possono essere riuniti in due gruppi:
- Composti carbonilici ed eterocarbonilici
- Composti con legami multipli attivati
Nelle reazioni di addizione nucleofile il gruppo carbonilico si trasforma in altri gruppi funzionali. Gli stadi attraverso i quali avviene un tale tipo di reazione sono:
- Attacco del nucleofilo al carbonio carbonilico con rottura del doppio legame carbonio-ossigeno e formazione di un intermedio tetraedrico in cui l’ossigeno è caricato negativamente
- Protonazione dell’ossigeno
Addizioni radicaliche
Molte addizioni agli alcheni possono essere catalizzate da piccole quantità di perossidi, di azocomposti termolabili o per irradiazione con luce ultravioletta.
Le reazioni che hanno luogo in queste condizioni sono in genere reazioni a catena di radicali liberi che avvengono in tre stadi: iniziazione, propagazione e terminazione.
Il prodotto della reazione è determinato dalla stabilità del radicale intermedio: dato che l’ordine di stabilità dei radicali è terziario > secondario > primario l’intermedio che verrà a formarsi preferenzialmente è il radicale primario con conseguente formazione dell’1-bromo-butano.
Il prodotto di tale reazione è di tipo anti-Markovnikov in quanto in assenza di perossidi il prodotto di reazione è il 2-bromo-butano prevedibile dalla regola di Markovnikov secondo la quale l’addizione di un acido alogenidrico ad un doppio legame porta alla formazione di un composto in cui l’idrogeno si somma al carbonio più idrogenato e l’alogeno a quello meno idrogenato.