Organische Chemie Teil 10: Reaktionsmechanismen

Von diesem Kursteil gibt es ein inhaltlich überarbeitetes Video mit Kapiteleinteilung in der Zeitskala unter dem folgenden Link in ein verbesserten Qualität:
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MECHANISMEN: Molekularität [00:03:00] / Katalyse [00:13:40] / Enzyme [00:19:50] / radikalische Reaktionen [00:23:50] / polare Reaktionen, Nukleophile und Elektrophile [00:26:10] / Elektronenpaarverschiebungspfeile [00:34:00] / Herleitung Reaktivität über Partialladungen [01:04:10] / Grenzorbital-Theorie, LUMO und HOMO [01:11:10] / pericyclische Reaktionen [01:20:30]
In dem zehnten Teil des Kurses „Organische Chemie“ diskutieren wir grundlegende Reaktionsmechanismen. Zum Einstiege wiederholen wir die Begriffe Übergangszustand, Zwischenstufen, Reaktionsordnung und Molekularität am Beispiel von Reaktionsverlaufsprofilen (00:03:00). Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion und erhöht somit die Reaktionsgeschwindigkeit (00:13:40). Die Konzentration der katalytischen Spezies ist Bestandteil des Geschwindigkeitsgesetztes (00:18:20). Katalysatoren werden nicht verbraucht und tauchen somit nicht in der Bruttoreaktionsgleichung auf (00:18:50). Enzyme sind die Katalysatoren der Natur (00:19:50). Sie bestehen aus Aminosäuren und sind deren Polyamide. Enzym beschleunigen nicht nur chemische Transformationen, sondern begünstigen die Bildung von spezifischen Produkten.
Chemische Umwandlungen können an Hand von Übergangszuständen und Zwischenstufen differenziert werden (00:23:40). Treten Radikale, Moleküle mit ungepaarten Elektronen, als Zwischenstufen auf, so spricht man von Radikalreaktionen. Bindungen werden hier homolytisch gebrochen (00:23:50). Geladene Zwischenstufen und Übergangszustände weisen auf einen polaren Reaktionsmechanismus hin. Heterolytische Bindungsbrüche führen zu Ionen. Bei polaren Reaktionen werden neue Bindungen zwischen Elektrophilen, Elektronenpaarakzeptoren, und Nukleophilen, Elektronenpaardonatoren, aufgebaut (00:26:10). Diese mit Lewis-Säuren und Basen vergleichbaren Teilchen ziehen sich auf Grund von entgegengesetzten Ladungen elektrostatisch an (00:31:20). Der Elektronenfluss kann dabei durch Elektronenpaarverschiebungspfeile verdeutlicht werden (00:34:00). Nukleophile können sowohl mit einem freien (00:36:00), wie auch einem Pi- (00:47:20) oder Sigma-Elektronenpaar (00:55:20) neue Bindungen konstruieren.
Induktive und Mesomere Effekte ermöglichen die Herleitung von positiven und negativen Partialladungen in Molekülen (01:03:40). Auf Basis der Partialladungen kann der Verlauf von polaren Reaktionen vorhergesagt werden (01:04:10). Reaktivitäten können auch mit Hilfe der Grenzorbital-Theorie erklärt werden (01:11:10). Bei polaren Reaktion wird eine neue Bindung durch die Überlappung des höchsten besetzen Molekülorbitals (HOMO) des Nukleophils mit dem niedrigsten unbesetzten Molekülorbital (LUMO) des Elektrophils aufgebaut. Die Grenzorbital-Theorie eignet sich auch für die Analyse von radikalischen und pericyclischen Reaktionen (01:20:30). Letztere zeichnen sich durch cyclische Übergangszustände mit delokalisierten Elektronen, die der Stoffklasse der Aromaten ähnlich sind, aus. Bindungsknüpfung und Brüche erfolgen in einem einzigen Elementarschritt, wie am Beispiel der Diels-Alder-Cycloaddition gezeigt wird.
Die Playlist mit allen Teilen des Kurses und Live-Streams finden Sie unter:
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Eine Beschreibung der Inhalte aller Kursteile und das Skript sind unter dem folgenden Link verfügbar:
www.peterhuyla...
Das Passwort für den Bereich „teaching materials“ mit dem Kursskript kann von Prof. Huy (peter.huy[at]uni-rostock.de) erhalten werden. Für diese Kurseinheit wurde auf die Folien 19 - 35 des „Kapitel 5: Reaktionstypen und Mechanismen“ zurückgegriffen.
Dieses Video ist eine unbearbeitete Aufnahme des Live-Streamings der Vorlesung „Organische Chemie für Biowissenschaften und Lehramt Biologie“ von Prof. Dr. Peter Huy vom 05.05.21 am Institut für Chemie der Universität Rostock.