Reaktionszyklus

Der Begriff Reaktionszyklus beschreibt eine Folge von aufeinanderfolgenden chemischen Schritten in einem katalytischen Prozess, durch die ein Substrat in das Produkt übergeht, während der Katalysator am Ende der Sequenz erneut in seine aktiven Form überführt wird. Dadurch kann der Katalysator wiederholt verwendet werden und der Prozess läuft effizient ab.

Typische Merkmale eines Reaktionszyklus sind die Bildung von Zwischenstufen, die Abfolge einzelner Reaktionsschritte und die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit vom langsamsten Schritt, dem rate-determining step. Der Zyklus wird oft als geschlossenes Pfadmodell dargestellt, das die regenerierende Rolle des Katalysators betont. Energiebarrieren und thermodynamische Eigenschaften bestimmen, ob der Zyklus energetisch sinnvoll fortgeführt wird.

Beispiele finden sich vor allem in der organometallischen Katayse, etwa im Palladium-katalysierten Cross-Coupling. Hier umfasst der Zyklus Schritte wie oxidative Addition, Transmetallation, reductive Elimination und die Regeneration des aktiven Palladium-Komplexes. In der Biochemie können ebenfalls zyklische Mechanismen auftreten, bei denen das Enzym durch verschiedene Zustände wandert, bevor die Reaktion abgeschlossen ist.

Die Analyse von Reaktionszyklen dient dem Verständnis der Mechanismen, der Bestimmung der Ausbeuten, der Untersuchung der Kinetik und der Optimierung von Reaktionsbedingungen. Sie liefert Grundlage für das Design effizienterer Katalysatoren und die Vorhersage von Reaktionsverläufen.

Siehe auch: Katalyse, Reaktionsmechanismus, Turnover-Number, Aktivierung.