1 Overzicht van reactiemechanismen
Valentie-elektronen
► Bij chemische reacties zijn altijd valentie-elektronen betrokken; verplaatsen
zich meestal.
Reactiemechanisme
► Reactiemechanisme beschrijft in detail wat er gebeurt tijdens iedere stap
van een chemische reactie: welke atoombindingen er worden verbroken, in welke
volgorde dat gebeurt, welke atoombindingen er worden gevormd, en in welke
volgorde dat gebeurt, hoe de moleculen van de tussenproducten eruitzien en hoe
snel iedere stap verloopt. Langzaamste stap bepaalt de snelheid van de
totaalreactie.
Bindingen verbroken en vormen
► In dit hoofdstuk worden alleen reactiemechanismen behandeld waarbij
atoombindingen in moleculen betrokken zijn.
► Atoombinding bestaat uit een gemeenschappelijk elektronen paar, wat
symmetrisch of asymmetrisch kan worden verbroken.
Symmetrisch verbreken
► Bij het symmetrisch verbreken van een atoombinding nemen beide atomen
1 elektron mee.
► Er ontstaan (vrije) radicalen: ongeladen atomen met 1 ongepaard elektron.
► De radicalen kunnen in dergelijke radicaalreacties weer met elkaar reageren
waarbij de ongepaarde elektronen opnieuw een atoombinding vormen.
► De verplaatsing van enkelvoudige elektronen wordt aangegeven met een
gebogen pijl met een halve pijlpunt.
► Vrijkomende bindingsenergie = nodige verbrekingsenergie => Binas tabel 58.
Asymmetrisch verbreken
► Bij het asymmetrisch verbreken van een atoombinding gaat het
elektronenpaar in gepaarde toestand naar 1 van de 2 gebonden elektronen -> er
ontstaan positief en negatief geladen atomen (ionen).
▪ Het positief geladen atoom kan binding aangaan met een vrij
elektronenpaar van een ander atoom.
▪ Het negatief geladen atoom kan het vrije elektronenpaar inzetten voor
een binding met een positief geladen atoom.
▪ Dergelijke reacties heten polaire reacties.
► De verplaatsing van elektronenparen wordt aangegeven met een gebogen pijl
met hele pijlpunt. Richting van de pijl is vanaf het elektron-rijke deeltje naar het
elektronarme deeltje -> geeft elektronenverplaatsing aan tijdens de reactie.
► Polaire reacties komen vaker voor dan radicaalreacties, omdat elektronen bij
voorkeur gepaard zijn. Radicalen zijn door ongepaard elektron zeer reactief.
Radicaalreacties
► Bij de substitutiereactie van chloor en methaan wordt een H-atoom vervangen
door een chlooratoom.
► Radicaalreacties gebeuren vaak in 3 stappen:
1. Initiatie: onder invloed van licht kan chloor radicalen vormen (afb. 5).
2. Propagatie: het chloorradicaal reageert met een methaanmolecuul,
waarbij een
, methylradicaal ontstaat en een molecuul waterstofchloride (afb. 6a). Dit
radicaal kan
verder reageren met een chloormolecuul, waarbij chloormethaan ontstaat
en een nieuw chloorradicaal (afb. 6b). Dit chloorradicaal kan
vervolgens reageren met een ander
methaanmolecuul -> er ontstaat een kettingreactie (nieuw gevormde
chloorradiaal kan weer reageren met een methaanmolecuul).
3. Terminatie: de kettingreactie eindigt als een van de reactanten op is of
als radicalen met elkaar reageren.
▪ In dit mengsel zijn 2 soorten radicalen aanwezig -> 3
mogelijkheden: er wordt chloor/chloormethaan/ethaan gevormd
(afb. 7).
▪ Radicalen zijn erg reactief -> concentraties zullen erg laag zijn ->
er zullen niet veel van deze producten in het reactiemengsel
gevormd worden.
Polaire bindingen
► Sommige soorten atoombindingen in een organische verbinding kunnen polair
zijn, omdat atomen in een atoombinding kunnen verschillen in elektronegativiteit
-> elektronen zijn niet symmetrisch over de atomen verdeeld -> er ontstaat een
ladingsverdeling en dus polariteit over de atoombinding.
▪ Koolstofatoom heeft een partieel positieve lading als het andere atoom
zuurstof/stik- stof (een niet-metaal) is.
► Met sommige metalen kan koolstof een organo-metaalbinding vormen (bv.
methyllithium): de elektronegativiteit van koolstof is veel groter dan lithium ->
binding lijkt meer op een ionbinding dan op een covalente binding ->
koolstofatoom heeft een partieel negatieve lading.
Versterking van de polariteit
► Polariteit van atoombindingen in functionele groepen kan versterkt worden
door de interactie met zuren en basen.
► Afbeelding 8: in een alkanol is het
koolstofatoom waar karakteristieke
groep aan zit licht positief geladen.
Als alkanol in zuur milieu wordt
gebracht, kan een H+-ion (proton) aan
het licht negatief geladen O-atoom
Valentie-elektronen
► Bij chemische reacties zijn altijd valentie-elektronen betrokken; verplaatsen
zich meestal.
Reactiemechanisme
► Reactiemechanisme beschrijft in detail wat er gebeurt tijdens iedere stap
van een chemische reactie: welke atoombindingen er worden verbroken, in welke
volgorde dat gebeurt, welke atoombindingen er worden gevormd, en in welke
volgorde dat gebeurt, hoe de moleculen van de tussenproducten eruitzien en hoe
snel iedere stap verloopt. Langzaamste stap bepaalt de snelheid van de
totaalreactie.
Bindingen verbroken en vormen
► In dit hoofdstuk worden alleen reactiemechanismen behandeld waarbij
atoombindingen in moleculen betrokken zijn.
► Atoombinding bestaat uit een gemeenschappelijk elektronen paar, wat
symmetrisch of asymmetrisch kan worden verbroken.
Symmetrisch verbreken
► Bij het symmetrisch verbreken van een atoombinding nemen beide atomen
1 elektron mee.
► Er ontstaan (vrije) radicalen: ongeladen atomen met 1 ongepaard elektron.
► De radicalen kunnen in dergelijke radicaalreacties weer met elkaar reageren
waarbij de ongepaarde elektronen opnieuw een atoombinding vormen.
► De verplaatsing van enkelvoudige elektronen wordt aangegeven met een
gebogen pijl met een halve pijlpunt.
► Vrijkomende bindingsenergie = nodige verbrekingsenergie => Binas tabel 58.
Asymmetrisch verbreken
► Bij het asymmetrisch verbreken van een atoombinding gaat het
elektronenpaar in gepaarde toestand naar 1 van de 2 gebonden elektronen -> er
ontstaan positief en negatief geladen atomen (ionen).
▪ Het positief geladen atoom kan binding aangaan met een vrij
elektronenpaar van een ander atoom.
▪ Het negatief geladen atoom kan het vrije elektronenpaar inzetten voor
een binding met een positief geladen atoom.
▪ Dergelijke reacties heten polaire reacties.
► De verplaatsing van elektronenparen wordt aangegeven met een gebogen pijl
met hele pijlpunt. Richting van de pijl is vanaf het elektron-rijke deeltje naar het
elektronarme deeltje -> geeft elektronenverplaatsing aan tijdens de reactie.
► Polaire reacties komen vaker voor dan radicaalreacties, omdat elektronen bij
voorkeur gepaard zijn. Radicalen zijn door ongepaard elektron zeer reactief.
Radicaalreacties
► Bij de substitutiereactie van chloor en methaan wordt een H-atoom vervangen
door een chlooratoom.
► Radicaalreacties gebeuren vaak in 3 stappen:
1. Initiatie: onder invloed van licht kan chloor radicalen vormen (afb. 5).
2. Propagatie: het chloorradicaal reageert met een methaanmolecuul,
waarbij een
, methylradicaal ontstaat en een molecuul waterstofchloride (afb. 6a). Dit
radicaal kan
verder reageren met een chloormolecuul, waarbij chloormethaan ontstaat
en een nieuw chloorradicaal (afb. 6b). Dit chloorradicaal kan
vervolgens reageren met een ander
methaanmolecuul -> er ontstaat een kettingreactie (nieuw gevormde
chloorradiaal kan weer reageren met een methaanmolecuul).
3. Terminatie: de kettingreactie eindigt als een van de reactanten op is of
als radicalen met elkaar reageren.
▪ In dit mengsel zijn 2 soorten radicalen aanwezig -> 3
mogelijkheden: er wordt chloor/chloormethaan/ethaan gevormd
(afb. 7).
▪ Radicalen zijn erg reactief -> concentraties zullen erg laag zijn ->
er zullen niet veel van deze producten in het reactiemengsel
gevormd worden.
Polaire bindingen
► Sommige soorten atoombindingen in een organische verbinding kunnen polair
zijn, omdat atomen in een atoombinding kunnen verschillen in elektronegativiteit
-> elektronen zijn niet symmetrisch over de atomen verdeeld -> er ontstaat een
ladingsverdeling en dus polariteit over de atoombinding.
▪ Koolstofatoom heeft een partieel positieve lading als het andere atoom
zuurstof/stik- stof (een niet-metaal) is.
► Met sommige metalen kan koolstof een organo-metaalbinding vormen (bv.
methyllithium): de elektronegativiteit van koolstof is veel groter dan lithium ->
binding lijkt meer op een ionbinding dan op een covalente binding ->
koolstofatoom heeft een partieel negatieve lading.
Versterking van de polariteit
► Polariteit van atoombindingen in functionele groepen kan versterkt worden
door de interactie met zuren en basen.
► Afbeelding 8: in een alkanol is het
koolstofatoom waar karakteristieke
groep aan zit licht positief geladen.
Als alkanol in zuur milieu wordt
gebracht, kan een H+-ion (proton) aan
het licht negatief geladen O-atoom
