Fragmentierungsreaktionen

Fragmentierungsreaktionen sind chemische Prozesse, bei denen ein Molekül durch Bruch von Bindungen in kleinere Fragmente zerfällt. Sie treten unter verschiedenen Bedingungen auf: thermisch oder photochemisch angeregt, in Lösungen oder im Gaszustand, besonders nach der Ionisation in der Massenspektrometrie. Ziel und Nutzen solcher Reaktionen liegen oft in der Strukturaufklärung größerer Moleküle, da die Muster der entstandenen Fragmente Hinweise auf den Aufbau geben.

Mechanistisch lassen sich Fragmentierungen in homolytische Spaltungen, bei denen Radikale entstehen, und in heterolytische Spaltungen, bei denen Ionen gebildet werden, unterscheiden. Typische Pfade umfassen alpha- und beta-Fragmentierungen, bei denen benachbarte Bindungen gespalten werden, sowie Rearrangements wie die McLafferty-Rearrangement, die insbesondere bei Ketonen oder Carbonsäurederivaten beobachtet wird. Die vorherrschende Route hängt von Struktur, Ladung, Temperatur und dem Umfeld ab.

Anwendungen finden Fragmentierungsreaktionen in der Analytik, Biologie und Materialwissenschaft. In der Massenspektrometrie liefern Fragmentionspfade charakteristische Signaturen zur Strukturaufklärung. In der Proteomik dienen sie der Sequenzbestimmung von Peptiden. In der Organik- und Materialchemie helfen Fragmentierungen, Zwischenprodukte zu identifizieren und Reaktionswege zu verstehen. Fragmentierung ist daher ein vielseitiger, oft energetisch getriebener Prozess mit mehreren möglichen Wegen, weshalb Experiment, Theorie und Computermodelle eingesetzt werden, um Pfade zu prognostizieren.