Reaktionsschritte

Reaktionsschritte sind die einzelnen elementaren Prozesse, aus denen eine Gesamtreaktion besteht. In der Reaktionsmechanik wird eine chemische Umwandlung in eine Folge von Teilschritten zerlegt, die jeweils mit einem Übergangszustand verbunden sind und eigene Rategesetze besitzen. Zwischen- oder Zwischenprodukte können auftreten, bevor die Gesamtreaktion abgeschlossen ist.

Der Mechanismus ergibt sich aus der Abfolge der Schritte. Oft bestimmt der langsamste Schritt die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion (rate-determining step). Wenn Zwischenprodukte reversibel sind, kann die beobachtete Rate durch das Zusammenspiel mehrerer Schritte geprägt sein. Energetisch entspricht der Mechanismus einem Pfad auf der Reaktionskoordinate mit unterschiedlichen Aktivierungsenergien.

Typen elementarer Schritte umfassen unimolekulare und bimolekulare Reaktionen. Beispiele sind SN1, das über die Bildung eines Carbokations in einem ersten Schritt verläuft, und SN2, bei dem Angriff und Abgang in einem einzigen Schritt stattfinden. Eliminierungsreaktionen können als E1 oder E2 beschrieben werden. In radicalen Mechanismen treten Initiierung, Propagation und Terminierung als definierte Schritte auf, die eine Kettenreaktion bilden.

Experimentell werden Mechanismen durch Bestimmung der Rategesetze, kinetische Isotopieeffekte, Stereochemie, Trapping-Experimente und Temperaturabhängigkeit untersucht. Zwischenprodukte lassen sich identifizieren, und die Rolle von Katalysatoren kann beurteilt werden. Aus der Aktivierungsenergie und dem Verlauf der Reaktionskoordination lassen sich Hinweise auf die Natur einzelner Schritte ableiten.

Die Kenntnis der Reaktionsschritte ermöglicht das Verständnis, wie Reagenzien, Lösungsmittel und Bedingungen die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, und unterstützt Vorhersagen zu Nebenreaktionen, Ausbeuten und der Optimierung von Reaktionskatalysatoren.