Übergangszustand

Übergangszustand bezeichnet in der Chemie einen hochenergetischen, flüchtigen Zustand der Atome, der den höchsten Punkt des Reaktionspfads zwischen Reaktanten und Produkten bildet. Er ist kein stabiler Spezies und kann unter normalen Bedingungen nicht isoliert werden. Auf der Potentialenergieoberfläche entspricht er einem Sackelpunkt erster Ordnung, an dem die Reaktionskoordinate in Richtung der Produkte fortschreitet, während alle anderen Koordinaten fest liegen.

Nach der Übergangszustandtheorie bestimmt dieser Zustand die Geschwindigkeit einer Reaktion. Die Aktivierungsenergie und das Verhältnis der Zustands- und Reaktantenpartitionen beeinflussen die Reaktionsrate. Der Übergangszustand wird oft durch eine einzige imaginäre Frequenz charakterisiert, die dem Reaktionskoordinatenpfad zugeordnet wird.

Experimentell lässt sich der Übergangszustand selten direkt beobachten; Hinweise ergeben sich aus der Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit, Isotopenwechseln oder der Kinetik. Computergestützte Verfahren in der Quantenchemie suchen gezielt nach Übergangszuständen (Saddle Point auf der Potentialenergiefläche) und liefern deren Struktur und Energie.

Ein bekanntes Beispiel ist die SN2-Reaktion, bei der das Kohlenstoffzentrum in einer koordinierten, teilweise gebundenen Übergangszustand-Spezies zwischen Nucleophil und Abgangsgruppe dargestellt wird.

Übergangszustände unterscheiden sich von stabilen Zwischenprodukten, die lokale Minima der Potentialenergie darstellen. Sie repräsentieren die Barriere, die eine Reaktion überwinden muss, und sind zentral für das Verständnis der Reaktionskinetik und der Katalyse.