B05-02-Nucleophile Addition, AB

Söderblom-Gymnasium, Fachbereich Chemie
Chemie Q1 - Org. Chemie / Reihe 5: Nucleophile Addition an eine Carbonylverbindung
OC 5-2
Nucleophile Addition
Die Carbonylgruppe besteht aus einem Kohlenstoff-Atom und einem Sauerstoff-Atom, beide Atome sind
durch eine Doppelbindung miteinander verbunden. Durch die höhere Elektronegativität trägt das O-Atom
der Carbonylgruppe eine negative Teilladung, während das C-Atom eine positive Teilladung trägt. Die
C=O-Bindung ist also polarisiert. Dies macht die Carbonylgruppe zu einem Angriffsziel sowohl für elektrophile wie auch für nucleophile Teilchen.
In einem ersten Schritt lagert sich ein
Nucleophil an das Kohlenstoff-Atom
an. Ist das Nucleophil negativ geladen,
so wird die negative Ladung vom Sauerstoff-Atom der Carbonylgruppe übernommen (Bild rechts).
In einem zweiten Schritt lagert sich dann ein Elektrophil an das (jetzt eventuell negative) O-Atom der
Carbonylgruppe an.
Da der Angriff des Nucleophils zuerst erfolgt und außerdem langsamer verläuft als der Angriff des Elektrophils (geschwindigkeitsbestimmender Schritt), bezeichnet man die Gesamtreaktion als nucleophile
Addition. Diese nucleophile Addition ist die typische Reaktion der Aldehyde und Ketone.
Der einfachste Fall der nucleophilen Addition ist die Addition von Wasser an ein
Keton. Dabei bildet sich ein so genanntes Hydrat. Hydrate sind in der Regel
recht instabil und zerfallen wieder in das ursprüngliche Aldehyd oder Keton und
in Wasser. Eine Ausnahme ist das Chloralhydrat. Die drei Cl-Atome ziehen
Elektronen von den beiden C-Atomen ab, was man als (-I)-Effekt bezeichnet.
Für unsere Unterrichtsreihe "Vom Alkan zum Plexiglas" ist die Addition von Cyanwasserstoff HCN an Aceton (Propanon) wichtig. Im ersten Schritt addiert sich das nucleophile CyanidAnion an das C-Atom eines Keton R1-CO-R2:
Im zweiten Schritt verbindet sich das Proton des Cyanwasserstoffs mit dem negativen O-Atom. Das Produkte dieser Reaktion ist ein Cyanhydrin. Cyanhydrine sind giftige, farblose Flüssigkeiten oder niedrig
schmelzende Feststoffe, die in vielen organischen Lösungsmitteln leicht löslich sind.
Entscheidend ist, dass mit der Addition der CN-Gruppe an die C=O-Doppelbindung eine neue C-C-Bindung in das Molekül eingebracht wird, was ein sehr wichtiger Schritt ist. In einem weiteren Reaktionsschritt kann dann die CN-Gruppe in eine Carboxyl-Gruppe (COOH) umgewandelt werden, die anschließend reduziert werden kann. So wird ein organisches Molekül um ein C-Atom verlängert.
℗ Ulrich Helmich, Sonntag, 24. Juni 2012