Reaktionsabläufe

Reaktionsabläufe bezeichnen die geordnete Abfolge von chemischen Reaktionen, durch die Reaktanten in Produkte überführt werden. In der organischen und anorganischen Chemie wird oft von Schrittfolgen gesprochen, bei denen Zwischenprodukte und Übergangszustände auftreten. Der Reaktionsweg wird durch Energetik, Zwischen- und Endprodukte sowie durch die Reihenfolge der einzelnen Schritte charakterisiert.

In einem Reaktionsablauf werden Reaktionsschritte als einzelne, oft sehr kurze Reaktionen beschrieben, die hintereinander ablaufen. Typische Elemente sind Zwischenstoffe (Intermediates), Übergangszustände und die Aktivierungsenergie, die der Überwindung der Barriere dient. Der Gesamtweg ergibt sich aus der Summation der Einzelreaktionen und kann über Reaktionskoordinaten oder Energiediagramme dargestellt werden.

Wichtige Konzepte sind der Mechanismus (die Folge der Schritte) und die Kinetik (das Verhältnis der Raten). Der verlangsamende Schritt, meist der langsamste, bestimmt die beobachtliche Ratenordnung. Reaktionsabläufe beeinflussen Selektivität, Ausbeute und Nebenprodukte.

Beispiele umfassen klassische Mechanismen wie SN1- und SN2-Reaktionen, E1- und E2-Mechanismen sowie radikalische Kettenreaktionen und enzymatische Reaktionswege. In der Biochemie sprechen Reaktionsabläufe oft von Stoffwechselwegen, die aus mehreren Schritten bestehen, die in einem Netzwerk verbunden sind.

Methoden zur Untersuchung von Reaktionsabläufen umfassen experimentelle Kinetik, Temperaturabhängigkeit zur Bestimmung der Aktivierungsenergien, isotopenmarkierte Substrate, Spektroskopie (IR, UV-Vis, NMR) sowie rechnerische Verfahren wie DFT und Reaktionspfadberechnungen zur Identifikation von Zwischenstufen und Übergangszuständen.

Das Verständnis von Reaktionsabläufen erleichtert die Planung und Optimierung chemischer Synthesen, die Entwicklung von Katalysen sowie die Interpretation von Reaktionsnetzwerken in der Biologie.