Reagointimekanismit

Reagointimekanismit ovat kemiallisten reaktioiden kulkua kuvaavia malleja, joiden avulla voidaan hahmottaa, miten lähtöaineet muuttuvat tuotteiksi useiden askeleiden kautta. Ne kuvaavat jokaisen elementaarisen vaiheen, mahdolliset välituotteet ja siirtymistilat sekä sen, miten elektronit siirtyvät sidosrakenteissa. Mekanismi määrittää reaktion nopeuden ja tuotekonfiguraation sekä sen, millaisia sivutuotteita reaktio voi muodostaa.

Keskeisiä käsitteitä ovat reaktiokoordinaatti, eli polun energiajakauman kuvaama kulku, sekä siirtymistila eli reaktion korkein energiapiste. Väli- ja lopputuotteet sekä mahdolliset karbokation- tai radicalivaihe teñ. Reaktioketo seuraa siitä, mitkä askeleet muodostavat reaktion, sekä mitä olosuhteita kuten liuotin, lämpötila ja katalyytit suosivat.

Yleisimmät mekanismityypit voidaan jakaa useisiin luokkiin: substituutiomekanismit (SN1 ja SN2) sekä eliminointimekanismit (E1 ja E2). SN1 on kaksivaiheinen: lähtöaine irtoaa muodostaen karbokationin, jonka jälkeen nukleofiili hyökkää; tuote muodostuu usein racemisaation kautta. SN2 on bimolekulaarinen ja tapahtuu yhdellä konsertoidulla askelella, mikä johtaa konfiguraation inversioniin. E1-eliminointi on karbokation-välitteinen, E2 on konserted-eliminointi basen kanssa. Lisäksi molemmat voivat esiintyä radikaalimekanismeina tai pericykelisina reaktioina, jotka perustuvat elektronien liikutteluun suljetuissa piireissä.

Tutkimusmenetelmät mekanismien selvittämisessä ovat kinetiikan mittaukset, isotopimerkinnät, stereokemian muutosten seuraaminen sekä laskennallinen kemia (esim. tiikennetyt siirtymistilat ja energiakäyrät). Ymmärrys mekanismeista auttaa ennustamaan reaktiotuotteet, optimoimaan olosuhteet ja suunnittelemaan katalyyttien toimintaa.