Samenvatting Scheikunde
Hoofdstuk 11, Reactiemechanismen
Hoofdstuk 11
Paragraaf 1
Reactiemechanisme
Een reactiemechanisme beschrijft op microniveau in detail wat er gebeurt tijdens elke stap
van een chemische reactie:
1. Welke atoombindingen worden verbroken?
2. In welke volgorde?
3. Welke atoombindingen worden gevormd?
4. In welke volgorde?
5. Hoe zien de tussenproducten er uit?
De Lewisstructuur van een tussenproduct kan aanwijzingen geven naar de stabiliteit van het
molecuul. Een tussenproduct waarbij niet alle atomen aan de octetregel voldoen, is instabiel.
Vorming van instabiel deeltje kost meer energie en verloopt dus trager. De langzaamste stap
van een reactiemechanisme bepaalt de totale reactiesnelheid. Omdat atoombindingen uit
elektronen bestaan, zijn het de verplaatsingen hiervan die bepalen welke bindingen worden
verbroken en gevormd. Dit wordt weergegeven met een kromme pijl. Tussenproducten zijn
vaak instabiele, reactieve deeltjes die snel verder reageren.
Polaire reacties
Atoombindingen in een organische verbinding zijn polair doordat een atoombinding in
elektronegativiteit verschillen. Er ontstaan dus ladingsverschillen en dus een polaire binding.
Als deze binding wordt verbroken wordt er vaak 1 atoom negatief en 1 positief, omdat het
elektronenpaar vaak in zijn geheel naar 1 atoom gaat. Deze moleculen kunnen dan
bindingen aangaan: polaire reacties. De verplaatsing van elektronenparen worden
aangegeven met een gebogen pijl met een hele pijlpunt. De richting is van het nucleofiele
deeltje naar het elektrofiele deeltje. We spreken hierbij vaak van een aanval van het
nuclofiele deeltje op het elektrofiele deeltje.
Nucleofiel en elektrofiel
Als een deeltje een elektronenoverschot heeft, zal het aangetrokken zijn tot positieve
deeltjes en heten ze dus een nucleofiel deeltje. Het elektronenoverschot komt door een
negatieve lading, partiële negatieve lading, niet-bindend elektronenpaar of dubbele binding.
Een deeltje met een elektronentekort is een elektrofiel deeltje, deze is positief geladen of
heeft een partiële positieve lading. Hij heeft vaak een negatieve en positieve kant en kan dus
als beide reageren.
In een reactiemechanisme van koolstofverbindingen komen vaak tussenproducten voor met
een positief geladen koolstofatoom: carbokation.
, Radicaalreacties
Bij niet-polaire atoombindingen bevindt het bindend elektronenpaar zich tussen beide
atomen. Wanneer deze binding wordt verbroken kan het zijn dat beide atomen 1 elektron
meekrijgen. Er ontstaat een ongeladen deeltje met 1 ongepaard elektron: radicaal. Reactie
waarbij deze zijn betrokken: radicaalreactie. Radicalen zijn zeer reactief, vaak kettingreactie
waarbij steeds nieuwe radicalen ontstaan. Pas wanneer 2 radicalen met elkaar reageren
stopt deze kettingreactie. De verplaatsing van enkelvoudige elektronen wordt aangegeven
met een gebogen pijl met een halve pijlpunt.
Paragraaf 2
Initiatie, propagatie en terminatie
Een radicaalreactie bestaat uit 3 fasen:
1. Initiatiefase, radicalen worden gevormd uit niet-radicalen.
2. Propagatiefase, radicaal reageert met een niet-radicaal, nieuw radicaal en
niet-radicaal ontstaan. Dit kan lang doorgaan, kettingreactie.
3. Terminatiefase, 2 radicalen reageren tot 1 niet-radicaal. De radicaalreactie stopt.
Substitutie van een halogeen aan een alkaan
Voorbeeld van radicaalreactie is een substitutiereactie, waarbij een H-atoom wordt
vervangen voor een halogeen. Onder invloed van licht kunnen halogenen spontaan
radicalen vormen.
Stabiliteit van een radicaal
Deeltjes zijn het stabielst wanneer alle elektronen zijn gepaard. Hoe sterker de atoombinding
hoe meer energie er nodig is om die te verbreken in 2 ongepaarde elektronen. Deze
hoeveelheid energie: bindingsenergie (BINAS tabel 58). Ook de positie van het ongepaarde
elektron is van belang voor de stabiliteit van het radicaal. Hoe meer zijketens een C-atoom
heeft, hoe stabieler het radicaal dat op dit atoom wordt gevormd.
Additiepolymerisatie
Kunststoffen zijn lange moleculen, deze worden gevormd door kleine moleculen in
herhalingstekens een lang molecuul te laten vormen (polymeren).
Paragraaf 3
Nucleofiele substitutie
Meest voorkomende reacties in de organische chemie. Bij een nucleofiele substitutie valt
een nucleofiel aan op een elektrofiel koolstofatoom in een koolstofverbinding. Het nucleofiel
gebruikt het elektronenoverschot om de binding te maken, waardoor een andere groep eraf
valt. Wanneer het elektrofiele C-atoom asymmetrisch is heeft de reactie invloed op de
spiegelbeeldisomerie. Dit kan invloed hebben op de zuiverheid van de stof. Er kan een
nieuw zuiver spiegelbeeldisomeer of een racemisch mengsel ontstaan. In het eerste geval
blijft de chiraliteit behouden, bij een racemisch mengsel niet. Dit bepaalt het
reactiemechanisme.
Hoofdstuk 11, Reactiemechanismen
Hoofdstuk 11
Paragraaf 1
Reactiemechanisme
Een reactiemechanisme beschrijft op microniveau in detail wat er gebeurt tijdens elke stap
van een chemische reactie:
1. Welke atoombindingen worden verbroken?
2. In welke volgorde?
3. Welke atoombindingen worden gevormd?
4. In welke volgorde?
5. Hoe zien de tussenproducten er uit?
De Lewisstructuur van een tussenproduct kan aanwijzingen geven naar de stabiliteit van het
molecuul. Een tussenproduct waarbij niet alle atomen aan de octetregel voldoen, is instabiel.
Vorming van instabiel deeltje kost meer energie en verloopt dus trager. De langzaamste stap
van een reactiemechanisme bepaalt de totale reactiesnelheid. Omdat atoombindingen uit
elektronen bestaan, zijn het de verplaatsingen hiervan die bepalen welke bindingen worden
verbroken en gevormd. Dit wordt weergegeven met een kromme pijl. Tussenproducten zijn
vaak instabiele, reactieve deeltjes die snel verder reageren.
Polaire reacties
Atoombindingen in een organische verbinding zijn polair doordat een atoombinding in
elektronegativiteit verschillen. Er ontstaan dus ladingsverschillen en dus een polaire binding.
Als deze binding wordt verbroken wordt er vaak 1 atoom negatief en 1 positief, omdat het
elektronenpaar vaak in zijn geheel naar 1 atoom gaat. Deze moleculen kunnen dan
bindingen aangaan: polaire reacties. De verplaatsing van elektronenparen worden
aangegeven met een gebogen pijl met een hele pijlpunt. De richting is van het nucleofiele
deeltje naar het elektrofiele deeltje. We spreken hierbij vaak van een aanval van het
nuclofiele deeltje op het elektrofiele deeltje.
Nucleofiel en elektrofiel
Als een deeltje een elektronenoverschot heeft, zal het aangetrokken zijn tot positieve
deeltjes en heten ze dus een nucleofiel deeltje. Het elektronenoverschot komt door een
negatieve lading, partiële negatieve lading, niet-bindend elektronenpaar of dubbele binding.
Een deeltje met een elektronentekort is een elektrofiel deeltje, deze is positief geladen of
heeft een partiële positieve lading. Hij heeft vaak een negatieve en positieve kant en kan dus
als beide reageren.
In een reactiemechanisme van koolstofverbindingen komen vaak tussenproducten voor met
een positief geladen koolstofatoom: carbokation.
, Radicaalreacties
Bij niet-polaire atoombindingen bevindt het bindend elektronenpaar zich tussen beide
atomen. Wanneer deze binding wordt verbroken kan het zijn dat beide atomen 1 elektron
meekrijgen. Er ontstaat een ongeladen deeltje met 1 ongepaard elektron: radicaal. Reactie
waarbij deze zijn betrokken: radicaalreactie. Radicalen zijn zeer reactief, vaak kettingreactie
waarbij steeds nieuwe radicalen ontstaan. Pas wanneer 2 radicalen met elkaar reageren
stopt deze kettingreactie. De verplaatsing van enkelvoudige elektronen wordt aangegeven
met een gebogen pijl met een halve pijlpunt.
Paragraaf 2
Initiatie, propagatie en terminatie
Een radicaalreactie bestaat uit 3 fasen:
1. Initiatiefase, radicalen worden gevormd uit niet-radicalen.
2. Propagatiefase, radicaal reageert met een niet-radicaal, nieuw radicaal en
niet-radicaal ontstaan. Dit kan lang doorgaan, kettingreactie.
3. Terminatiefase, 2 radicalen reageren tot 1 niet-radicaal. De radicaalreactie stopt.
Substitutie van een halogeen aan een alkaan
Voorbeeld van radicaalreactie is een substitutiereactie, waarbij een H-atoom wordt
vervangen voor een halogeen. Onder invloed van licht kunnen halogenen spontaan
radicalen vormen.
Stabiliteit van een radicaal
Deeltjes zijn het stabielst wanneer alle elektronen zijn gepaard. Hoe sterker de atoombinding
hoe meer energie er nodig is om die te verbreken in 2 ongepaarde elektronen. Deze
hoeveelheid energie: bindingsenergie (BINAS tabel 58). Ook de positie van het ongepaarde
elektron is van belang voor de stabiliteit van het radicaal. Hoe meer zijketens een C-atoom
heeft, hoe stabieler het radicaal dat op dit atoom wordt gevormd.
Additiepolymerisatie
Kunststoffen zijn lange moleculen, deze worden gevormd door kleine moleculen in
herhalingstekens een lang molecuul te laten vormen (polymeren).
Paragraaf 3
Nucleofiele substitutie
Meest voorkomende reacties in de organische chemie. Bij een nucleofiele substitutie valt
een nucleofiel aan op een elektrofiel koolstofatoom in een koolstofverbinding. Het nucleofiel
gebruikt het elektronenoverschot om de binding te maken, waardoor een andere groep eraf
valt. Wanneer het elektrofiele C-atoom asymmetrisch is heeft de reactie invloed op de
spiegelbeeldisomerie. Dit kan invloed hebben op de zuiverheid van de stof. Er kan een
nieuw zuiver spiegelbeeldisomeer of een racemisch mengsel ontstaan. In het eerste geval
blijft de chiraliteit behouden, bij een racemisch mengsel niet. Dit bepaalt het
reactiemechanisme.
