EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-7: Struktur – Reaktion – Substanz – Energie Substitution – Addition – Elimination – Umlagerung – Homolytische und heterolytische Spaltung 7.7 Grundlagen organischer Reaktionen 177 177 Zum Unterschied zur Verbrennung, bei der das Kohlenstoffgerüst vollständig zerstört wird, geht es hier um Reaktionen unter Beibehaltung des Kohlenstoff- gerüsts. Reaktionsarten c Substitutionsreaktion Bei der Substitution wird ein Atom oder eine Atomgruppe durch ein an- deres Atom bzw. eine andere Atomgruppe ersetzt (substituiert). c Additionsreaktion An Stellen mit Mehrfachbindungen können kleine Moleküle aufgenommen (addiert) werden. Aus ungesättigten Verbindungen entstehen durch Addi- tion in der Regel gesättigte Verbindungen. c Eliminationsreaktion Dieser Reaktionstyp stellt die Umkehrung der Addition dar. Durch Abspal- tung von kleinen Molekülen entstehen ungesättigte Verbindungen. c Umlagerungen Unter Umlagerungen versteht man die Umstrukturierung einer Verbin- dung in eine andere, dazu isomere Verbindung. Neben diesen vier Reaktionstypen gibt es auch die schon aus den Kapiteln 5 und 6 bekannten Reaktionsarten Säure-Base-Reaktion und Redox-Reaktion. Viele Reaktionen von organischen Stoffen verlaufen nicht eindeutig. Meist entstehen bei einer organischen Synthese im Labor ein Hauptprodukt und eine Reihe von Nebenprodukten unterschiedlichster Menge und Zusammensetzung. Bei manchen Reaktionen können aus denselben Ausgangsstoffen je nach Reak- tionsbedingungen als Hauptprodukte sogar völlig verschiedene Verbindungen entstehen. Um die Reaktionsbedingungen zu optimieren, ist die Kenntnis des Reaktionsablaufs der organischen Reaktion im Detail notwendig. Die genaue Abfolge der Reaktion mit allen Zwischenschritten nennt man den Mechanismus einer Reaktion . Die Kenntnis von Reaktionsmechanismen er- leichtert in vielen Fällen die Vorhersage über mögliche Reaktionsprodukte. Angreifende Teilchen Bei vielen Reaktionen ist der erste Schritt eine Bindungsspaltung (Dissozia- tion). Die Spaltung kann im Prinzip auf zwei Arten erfolgen: c Homolytische Spaltung Das bindende Elektronenpaar wird „in der Mitte“ geteilt. Dabei entstehen Bruchstücke mit einem ungepaarten Elektron, die man Radikale nennt. Er- folgt eine Reaktion über Radikale, so spricht man von einem radikalischen Mechanismus – zB radikalische Substitution S R oder radikalische Addition A R . c Heterolytische Spaltung Das bindende Elektronenpaar verbleibt nach der Spaltung bei einem Bruch- stück. Es entstehen Ionen . Das positiv geladene Bruchstück einer Reaktion, nennt man Elektrophil , das negativ geladene Bruchstück nennt man Nu- cleophil . Elektrophile greifen Stellen mit einem Elektronenüberschuss an und je nach Reaktionstyp unterscheidet man zB elektrophile Substitution S E oder elektrophile Addition A E . Ein Nucleophil greift Stellen mit geringer Elektronendichte an. Man spricht von einem nucleophilen Reaktionsmecha- nismus zB nucleophile Substitution S N oder nucleophile Addition A N . Der Mechanismus einer Reaktion wird nicht nur durch die Ausgangsstoffe, son- dern auch durch die Reaktionsbedingungen bestimmt. Die Aufklärung von Reak- tionsmechanismen ist ein wichtiges Forschungsgebiet der organischen Chemie. Abb. 177–1: Die Reaktionstypen C H H H C H H H Cl •• •• •• Cl •• •• •• •• + C C H H H H H H O O C H H H O C H H H O Radikal Abb. 177–2: Heterolytische und homolytische Spaltung + + + + SUBSTITUTION ADDITION ELIMINIERUNG UMLAGERUNG Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv