stappenmechanisme

Een stappenmechanisme in de chemie is een beschrijving van een chemische reactie als een reeks opeenvolgende, afzonderlijke elementaire stappen. Elke stap vertegenwoordigt een specifieke gebeurtenis op moleculair niveau, zoals bindingen die worden gevormd of gebroken, ladingen die verschuiven, of radicalen die ontstaan. Tussentijdse tussenproducten kunnen optreden, en de totale energiekromme van de reactie wordt weergegeven door een energieprofiel langs de reactiekoers.

Belangrijke kenmerken zijn onder meer dat de snelheid van de reactie vaak bepaald wordt door de snelheid van de snelste stap (de rate-determining step). De kinetiek volgt dan een orde die overeenkomt met die stap. Een stap kan unimoleculair of bimoleculair zijn; sommige reacties kennen meerdere tussenstappen die cruciaal zijn voor de uiteindelijke uitkomst.

De mechanistische interpretatie wordt afgeleid uit experimenten zoals snelheidsmetingen, isotopentranslatie, het opsporen en isoleren van tussenproducten en analyses van stereochemie. Variërende oplosmiddelen en temperatuur kunnen leiden tot andere dominante stappen en daarmee tot verschillende uitkomsten.

Bekende voorbeelden zijn het SN1- en SN2-proces in organische chemie, en E1- en E2-eliminatiereacties, die elk verschillende mechanistische kenmerken en kinetiek hebben. Ook radicale- en enzymatische stappenmechanismen komen voor.

Naast de vergelijking met concerted (alles in één stap) mechanismen biedt het denken in stappenmechanismen een verklaring voor waarnemingen zoals veranderingen in reactiviteit bij variërende concentraties of solvent, en de vorming van tussenproducten.

Toepassingen van het stappenmechanisme omvatten het begrijpen van reactiviteit, het ontwerpen van katalysatoren en het optimaliseren van reactieomstandigheden in synthese en biochemische processen.