Bei einer Additionsreaktion reagieren zwei Substanzen, die als Reagenzien bezeichnet werden, miteinander zu einem Produkt. Additionsreaktionen unterscheiden sich von anderen Reaktionstypen durch das Fehlen von Nebenprodukten; das Hauptprodukt ist die einzige Substanz, die bei der Reaktion entsteht. Diese Reaktionen werden verwendet, um Verbindungen herzustellen, die auf andere Weise nicht hergestellt werden könnten.
Eine Additionsreaktion wird durch das Vorhandensein von Doppel- oder Dreifachbindungen in einem der Reagenzmoleküle ermöglicht. Durch Verringern der Bindungsstärke zu einer Einfach- oder Doppelbindung macht die Reaktion in der Molekülstruktur Platz für eine andere Bindung. So verbinden sich die beiden Moleküle zu einem, indem sie an dieser Stelle eine neue Bindung eingehen.
Eine wichtige Additionsreaktion ist die Diels-Alder-Reaktion, die auch Diensynthese genannt wird. Diese Synthese wurde 1928 von den beiden Chemieprofessoren Kurt Alder und Otto Diels entwickelt. Für die Entdeckung dieses Verfahrens erhielten die beiden Wissenschaftler 1950 gemeinsam den Nobelpreis für Chemie.
Der Entdeckung der ursprünglichen Diels-Alder-Reaktion folgte die Ausweitung der Forschung zur Diensynthese, die zur Entwicklung vieler verschiedener Reaktionen derselben Klasse führte. Alle Dien-Synthesereaktionen bilden Moleküle mit Kohlenstoffringen in ihren Strukturen, aber einige der Reaktionen, die in diese Klasse fallen, die als Hetero-Diels-Alder-Reaktionen bezeichnet werden, ersetzen andere Atome im Ring. Bei Aza-Diels-Alder-Reaktionen zum Beispiel bildet die Additionsreaktion ein Molekül, das einen Ring enthält, der aus fünf Kohlenstoffatomen und einem Stickstoffatom besteht. Oxo-Diels-Alder-Reaktionen erzeugen Kohlenstoffringe, die ein Sauerstoffatom enthalten.
Die ursprüngliche Diels-Alder-Additionsreaktion kombiniert ein Molekül mit vier Kohlenstoffatomen mit einem anderen Molekül mit zwei Kohlenstoffatomen. Das Vier-Kohlenstoff-Molekül wird als Dien bezeichnet, und das andere Molekül wird als Dienophil bezeichnet, da es dazu neigt, mit Dienen zu reagieren. Jedes der Kohlenstoffatome im Dienophil bindet an eines der endständigen Kohlenstoffatome in der Dienkette. Dies bildet den Ring aus sechs Kohlenstoffen.
Diese Reaktionen sind wichtig, weil sie es Wissenschaftlern ermöglichen, im Labor natürliche Substanzen herzustellen, die zuvor nicht nachgebildet werden konnten. Kampfer beispielsweise wird synthetisch durch eine Diels-Alder-Reaktion hergestellt. Das Verfahren wird auch verwendet, um Harze und Öle herzustellen, die die Produkte von Tieren und Pflanzen in der Natur nachahmen. Im Allgemeinen sind die synthetisierten Substanzen ziemlich stabil.