Adición nucleófila

En química orgánica, una reacción de adición nucleófila es una reacción de adición en la que un compuesto químico con un enlace doble o triple electrofílico reacciona con un nucleófilo, de modo que se rompe el enlace doble o triple. Las adiciones nucleofílicas difieren de las adiciones electrofílicas en que las primeras reacciones involucran al grupo al que se agregan átomos que aceptan pares de electrones, mientras que las últimas reacciones involucran al grupo que dona pares de electrones.

Adición a dobles enlaces carbono-heteroátomo

Las reacciones de adición nucleófila de nucleófilos con doble o triple enlace electrofílico (enlaces π) crean un nuevo centro de carbono con dos enlaces simples o σ adicionales. La adición de un nucleófilo a enlaces dobles o triples de carbono-heteroátomo como >C=O o -C≡N muestra una gran variedad. Estos tipos de enlaces son polares (tienen una gran diferencia de electronegatividad entre los dos átomos); en consecuencia, sus átomos de carbono llevan una carga positiva parcial. Esto hace que la molécula sea electrófila y el átomo de carbono el centro electrofílico; este átomo es el objetivo principal del nucleófilo. Los químicos han desarrollado un sistema geométrico para describir el acercamiento del nucleófilo al centro electrofílico, utilizando dos ángulos, los ángulos de Bürgi-Dunitz y Flippin-Lodge después de que los científicos los estudiaron y describieron por primera vez.

Este tipo de reacción también se denomina adición 1,2-nucleofílica. La estereoquímica de este tipo de ataque nucleofílico no es un problema, cuando ambos sustituyentes alquilo son diferentes y no hay otros problemas de control, como la quelación con un ácido de Lewis, el producto de reacción es un racemato. Las reacciones de adición de este tipo son numerosas. Cuando la reacción de adición va acompañada de una eliminación, el tipo de reacción es sustitución nucleófila de acilo o una reacción de adición-eliminación.

Adición a grupos carbonilo

Con un compuesto carbonílico como electrófilo, el nucleófilo puede ser:

• agua en hidratación a un diol geminal (hidrato)
• un alcohol en acetalización a un acetal
• un hidruro en la reducción a un alcohol
• una amina con formaldehído y un compuesto carbonilo en la reacción de Mannich
• un ion enolato en una reacción aldólica o reacción de Baylis-Hillman
• un nucleófilo organometálico en la reacción de Grignard o la reacción de Barbier relacionada o una reacción de Reformatskii
• iluros como un reactivo de Wittig o el reactivo de Corey-Chaykovsky o carbaniones α-sililo en la olefinación de Peterson
• un carbanión de fosfonato en la reacción de Horner-Wadsworth-Emmons
• un zwitterión de piridina en la reacción de Hammick
• un acetiluro en las reacciones de alquinilación.
• un ion cianuro en reacciones de cianhidrina

En muchas reacciones nucleofílicas, la adición al grupo carbonilo es muy importante. En algunos casos, el doble enlace C=O se reduce a un enlace simple CO cuando el nucleófilo se une con el carbono. Por ejemplo, en la reacción de la cianhidrina, un ion cianuro forma un enlace CC al romper el doble enlace del carbonilo para formar una cianhidrina.

Adición a nitrilos

Con electrófilos de nitrilo, la adición nucleófila tiene lugar mediante:

• hidrólisis de un nitrilo para formar una amida o un ácido carboxílico
• nucleófilos organozinc en la reacción de Blaise
• alcoholes en la reacción de Pinner.
• el (mismo) nitrilo α-carbono en la reacción de Thorpe. La versión intramolecular se llama reacción de Thorpe-Ziegler.
• Reactivos de Grignard para formar iminas. La ruta produce cetonas después de la hidrólisis o aminas primarias después de la reducción de imina.

Adición a dobles enlaces carbono-carbono

La fuerza impulsora para la adición de alquenos es la formación de un nucleófilo X que forma un enlace covalente con un sistema insaturado pobre en electrones -C=C- (paso 1). La carga negativa en X se transfiere al enlace carbono-carbono.

En el paso 2, el carbanión cargado negativamente se combina con (Y) que es pobre en electrones para formar el segundo enlace covalente. Los alquenos ordinarios no son susceptibles a un ataque nucleofílico (enlace apolar). El estireno reacciona en tolueno con sodio a 1,3-difenilpropano a través del carbanión intermedio:

Otra excepción a la regla se encuentra en la reacción de Varrentrapp. Los fullerenos tienen una reactividad de doble enlace inusual y las adiciones como la reacción de Bingel son más frecuentes. Cuando X es un grupo carbonilo como C=O o COOR o un grupo cianuro (CN), el tipo de reacción es una reacción de adición conjugada. El sustituyente X ayuda a estabilizar la carga negativa en el átomo de carbono por su efecto inductivo. Además, cuando YZ es un compuesto de hidrógeno activo, la reacción se conoce como reacción de Michael. Los alquenos perfluorados (alquenos que tienen todos los hidrógenos reemplazados por flúor) son muy propensos a la adición nucleófila, por ejemplo, por ion fluoruro de fluoruro de cesio o fluoruro de plata (I) para dar un anión perfluoroalquilo.