Reaktsiooni mehhanism

Reaktsiooni mehhanism on kogu keemilise reaktsiooni (brutoreaktsiooni) olemuse kirjeldus kõikide üksteisele järgnevate elementaarreaktsioonide kaudu. Täielik reaktsiooni mehhanism kirjeldab kõiki reaktsiooni staadiume, intermediaate, siirdeseisundeid, keemiliste sidemete katkemisi ja moodustumisi, katalüsaatori toimimist, tasakaalusid, stereokeemiat ja reaktsiooni staadiumide suhtelisi kiirusi.

Mehhanism on reaktsioonietappide järjestus, mis näitab, kuidas reaktsioon kulgeb, see on lähteainetest produktideni ülemineku vaheühendite ja siirdeolekute kirjeldus. Kõikides keemilistes reaktsioonides toimub mingite keemiliste sidemete katkemine ja uute sidemete tekkimine. Näiteks bensoiini kondensatsioonireaktsiooni mehhanism. Siin on kasutatud painutatud nooli näitamaks elektronide liikumist sidemete katkemisel või tekkel.

Reaktsiooni mehhanismi – keemiliste sidemete katkemist ja uute sidemete teket – vaadeldakse lähtudes erinevatest seisukohtadest.

a) Keemiliste sidemete katkemise ja uute sidemete tekke viisid tulenevalt elektronide ümberpaiknemisest:

homolüütilised reaktsioonid – need on radikaalreaktsioonid, s.t. esinevad osakesed, mille valentsorbitaalil on paardumata elektron, nimetatakse vabad radikaalid
heterolüütilised reaktsioonid – need on polaarsed või ioonreaktsioonid, s.t. esinevad aktiivsed osakesed, millest ühe valentsorbitaalil on elektronipaar (nimetatakse nukleofiil või anioon) ja teisel osakesel, vastupidi, on vaba orbitaal (nimetatakse elektrofiil või katioon)
kooskõlareaktsioonid – toimub keemiliste sidemete kooskõlastatud ümberkujunemine üle siirdeoleku, ilma et moodustuks intermediaat.

b) Reaktsiooni tee iseloom ehk reaktsioonikoordinaadil esinevad energeetilised barjäärid ja reaktsiooni staadiumid: siirdeolekud, intermediaadid, elementaarreaktsioonid, kiirust limiteeriv staadium, reaktsiooni järk. Selle alusel võib välja tuua mõned lihtsamad mehhanismid:

ahelreaktsioon (chain reaction) – esinevad suure reaktsioonivõimega ebastabiilsed intermediaadid ahelpolümerisatsioon, põlemine, keemiline plahvatus)
astmeline reaktsioon (stepwise reaction) – esineb üks või mitu vähem või rohkem stabiilset intermediaati (katalüütiline reaktsioon, S_N1 asendusreaktsioon, elektrofiilne liitumisreaktsioon, astmeline polümerisatsioon)
kooskõlareaktsioon (concerted reaction) – teist järku reaktsioonid samaaegse sidemete katkemise ja moodustumisega siirdeseisundis reaktsioonitsentri juures või üle tsüklilise siirdeseisundi (S_N2 asendusreaktsioon või Diels-Alderi reaktsioon).

Paljudel juhtudel on tegemist brutoreaktsioonidega, mis toimuvad komplekssete mehhanismide kaudu mitmes staadiumis või suunas. Näiteks järjestikused reaktsioonid (consecutive), tasakaalureaktsioonid (equilibrium), konkureerivad reaktsioonid (competitive), katalüütiline tsükkel, termodünaamiline kontroll.

Vaata ka