H3 organische

# Chemische reactiviteit en mechanismen Chemische reactiviteit en mechanismen behandelen de fundamentele concepten van chemische transformaties, inclusief de dynamiek van reagentia en reactieproducten, en de gedetailleerde moleculaire stappen van reactiemechanismen [1](#page=1). ## 1. Chemische reactiviteit en mechanismen Chemische transformaties beschrijven het proces waarbij reagentia worden omgezet in reactieproducten. Dit kan worden voorgesteld door algemene reactievergelijkingen zoals $A + B \rightarrow C + D$, $A \rightarrow C + D$, of $A + B \rightarrow C$. Het **reactiemechanisme** is de gedetailleerde beschrijving op moleculaire schaal van de reeks gebeurtenissen die leiden tot deze omzetting [1](#page=1). ### 1.1 Energetische aspecten van chemische reacties De gunstigheid van een reactie wordt beoordeeld vanuit twee perspectieven: * **Chemische thermodynamica:** Bepaalt of een reactie energetisch gunstig is [2](#page=2). * **Chemische kinetiek:** Bepaalt of de transformatie effectief kan plaatsvinden [2](#page=2). Beide aspecten worden behandeld in de cursus Algemene en Anorganische Chemie [2](#page=2). ### 1.2 Reactiemechanismen: Terminologie Verschillende typen reacties worden gedefinieerd op basis van de aard van de bindingen die worden verbroken en gevormd: #### 1.2.1 Substitutiereacties Bij substitutiereacties wordt een sigma ($\sigma$) binding verbroken en wordt een nieuwe sigma ($\sigma$) binding gevormd. Dit proces kan gelijktijdig plaatsvinden of in opeenvolgende stappen. Als de stappen opeenvolgend zijn, ontstaat er een reactief intermediair [2](#page=2). #### 1.2.2 Additiereacties Additiereacties omvatten het breken van één pi ($\pi$) binding en de vorming van twee nieuwe sigma ($\sigma$) bindingen. Deze reacties verlopen doorgaans via een reactief intermediair [2](#page=2). #### 1.2.3 Eliminatiereacties Bij eliminatiereacties worden twee sigma ($\sigma$) bindingen verbroken, terwijl er een nieuwe pi ($\pi$) binding wordt gevormd. Het verbreken van de sigma ($\sigma$) bindingen gebeurt meestal in opeenvolgende stappen, waarbij een reactief intermediair wordt gevormd [2](#page=2). > **Tip:** Het begrijpen van de terminologie rond reactiemechanismen is cruciaal voor het analyseren van chemische transformaties op moleculair niveau. Let goed op het verschil tussen de bindingen die worden verbroken en gevormd, en de rol van reactieve intermediairen. --- # Energetische en kinetische aspecten van reacties Dit gedeelte van het document onderzoekt de energetische gunstigheid van reacties door middel van chemische thermodynamica en de haalbaarheid van transformaties via chemische kinetiek. ### 2.1 Energetische gunstigheid van chemische reacties De energetische gunstigheid van chemische reacties wordt geëvalueerd met behulp van de principes van de chemische thermodynamica. Dit veld stelt ons in staat te bepalen of een reactie al dan niet energetisch gunstig is [2](#page=2). ### 2.2 Haalbaarheid van transformaties De haalbaarheid van chemische transformaties, oftewel of een reactie daadwerkelijk kan plaatsvinden, wordt bestudeerd binnen het domein van de chemische kinetiek [2](#page=2). ### 2.3 Reactiemechanismen: terminologie Het begrijpen van hoe reacties verlopen, wordt verduidelijkt aan de hand van de volgende terminologie met betrekking tot reactiemechanismen: #### 2.3.1 Substitutiereacties Bij substitutiereacties wordt een $\sigma$-binding verbroken en tegelijkertijd een nieuwe $\sigma$-binding gevormd. Dit proces kan gelijktijdig plaatsvinden of in opeenvolgende stappen. Indien de stappen opeenvolgend zijn, wordt een reactief intermediair gevormd [2](#page=2). #### 2.3.2 Additiereacties Additiereacties omvatten het verbreken van één $\pi$-binding en de vorming van twee nieuwe $\sigma$-bindingen. Deze reacties verlopen doorgaans via een reactief intermediair [2](#page=2). #### 2.3.3 Eliminatiereacties Bij eliminatiereacties worden twee $\sigma$-bindingen verbroken en een nieuwe $\pi$-binding gevormd. Het verbreken van de $\sigma$-bindingen geschiedt meestal in opeenvolgende stappen, waarbij een reactief intermediair wordt gevormd [2](#page=2). > **Tip:** De concepten van chemische thermodynamica en kinetiek, evenals reactiemechanismen, worden verder uitgediept in de cursus Algemene en Anorganische Chemie [2](#page=2). --- # Terminologie van reactietypes Dit onderdeel behandelt de classificatie van chemische reactietypes, met de nadruk op hoe bindingen worden verbroken en gevormd, en de rol die intermediairen hierin spelen. ### 3.1 Substitutiereacties Substitutiereacties worden gekenmerkt door het verbreken van een $\sigma$-binding en de gelijktijdige of opeenvolgende vorming van een nieuwe $\sigma$-binding. Als de bindingen in opeenvolgende stappen worden verbroken en gevormd, ontstaat er een reactief intermediair [2](#page=2). ### 3.2 Additiereacties Bij additiereacties wordt een $\pi$-binding verbroken, waarna twee nieuwe $\sigma$-bindingen worden gevormd. Dit type reactie verloopt doorgaans via een reactief intermediair [2](#page=2). ### 3.3 Eliminatiereacties Eliminatiereacties inhouden het verbreken van twee $\sigma$-bindingen, wat leidt tot de vorming van een nieuwe $\pi$-binding. Meestal gebeurt het verbreken van de $\sigma$-bindingen in afzonderlijke stappen, waarbij een intermediair reactief deeltje ontstaat [2](#page=2). > **Tip:** Begrijpen hoe bindingen worden verbroken en gevormd is essentieel voor het voorspellen van reactieproducten en het begrijpen van reactiemechanismen. De rol van intermediairen is cruciaal omdat deze vaak zeer reactief zijn en de snelheid van de reactie kunnen beïnvloeden. --- # Classificatie en interacties van reagentia Dit onderwerp classificeert reagentia als nucleofielen, elektrofielen en radicalaire deeltjes, en beschrijft de polaire interacties tussen elektronenrijke en elektronenarme sites [3](#page=3). ### 4.1 Soorten reagentia Reagentia kunnen worden ingedeeld in drie hoofdcategorieën op basis van hun elektronische eigenschappen: nucleofielen, elektrofielen en radicalen [3](#page=3). #### 4.1.1 Nucleofielen Nucleofielen, afgeleid van het Griekse 'nucleus' (kern) en 'philos' (minnend), zijn deeltjes die graag interageren met positief geladen kernen. Dit betekent dat nucleofielen doorgaans elektronenrijk zijn en een vrije elektronenpaar of een pi-binding hebben die ze kunnen doneren [3](#page=3). * **Eigenschappen:** * Elektronenrijk [3](#page=3). * Hebben een negatieve lading of een vrij elektronenpaar [3](#page=3). * Zoeken naar elektronenarme centra (elektrofielen) [3](#page=3). * **Voorbeelden van nucleofielen:** * Anionen: Hydrideion ($H^-$), hydroxideion ($HO^-$), alkoxideionen ($RO^-$), thiolaationen ($RS^-$), cyanideionen ($-CN$), carboxylaten ($RCOO^-$), carbanionen ($R_3C^-$) [3](#page=3). * Organometaalverbindingen: Grignard-reagentia ($RMgBr$) [3](#page=3). * Neutrale moleculen met vrije elektronenparen: Ethers ($R-O-R$), alcoholen ($ROH$), water ($H_2O$), ammoniak ($H_3N:$) [3](#page=3). #### 4.1.2 Elektrofielen Elektrofielen, afgeleid van het Griekse 'ēlektron' (elektron) en 'philos' (minnend), zijn deeltjes die graag elektronen accepteren. Ze zijn doorgaans elektronenarm en worden aangetrokken tot elektronenrijke gebieden [3](#page=3). * **Eigenschappen:** * Elektronenarm [3](#page=3). * Hebben een positieve lading of een tekort aan elektronen [3](#page=3). * Zoeken naar elektronenrijke centra (nucleofielen) [3](#page=3). * **Voorbeelden van elektrofielen:** * Kationen: Proton ($H^+$), hydroniumion ($H_3O^+$), carbokationen ($R_3C^+$) [3](#page=3). * Lewis-zuren: Aluminiumchloride ($AlCl_3$) [3](#page=3). #### 4.1.3 Radicalen Radicalen zijn chemische deeltjes die één of meer ongepaarde elektronen bevatten. Deze ongepaarde elektronen maken radicalen zeer reactief [3](#page=3). * **Eigenschappen:** * Bevatten een ongepaard elektron [3](#page=3). * Vaak zeer reactief [3](#page=3). * **Voorbeelden van radicalen:** * Radicaal-deeltjes ($R^\circ$) [3](#page=3). ### 4.2 Interacties van reagentia De interacties tussen nucleofielen en elektrofielen zijn essentieel in veel chemische reacties, met name in de organische chemie. Deze interacties zijn gebaseerd op het principe van elektronenoverdracht van een elektronenrijk centrum (nucleofiel) naar een elektronenarm centrum (elektrofiel) [3](#page=3). * **Polaire interacties:** Nucleofiele en elektrofiele reagentia leiden tot polaire interacties. Dit gebeurt wanneer een elektronenrijke site van een nucleofiel interageert met een elektronenarme site van een elektrofiel [3](#page=3). > **Tip:** Denk aan deze interactie als een 'slot en sleutel' mechanisme, waarbij de elektronenrijke 'sleutel' (nucleofiel) zich bindt aan het elektronenarme 'slot' (elektrofiel). > **Example:** De reactie tussen een Grignard-reagens (nucleofiel) en een carbonylgroep (elektrofiel). Het partiële negatieve koolstofatoom van de Grignard-reagens deelt zijn elektronenpaar met het partiële positieve koolstofatoom van de carbonylgroep. ``` nucleofiel elektrofiel RMgBr C=O ``` Dit resulteert in de vorming van een nieuwe covalente binding tussen het koolstofatoom van de Grignard-reagens en het carbonylkoolstofatoom [3](#page=3). --- # Mechanismen voor breken en vormen van chemische bindingen Dit gedeelte behandelt de fundamentele processen van heterolytische en homolytische splitsing van chemische bindingen en de daaropvolgende vorming van nieuwe bindingen, waarbij zowel geconcerteerde als stapsgewijze mechanismen worden beschouwd. ### 5.1 Splitsing van chemische bindingen Chemische bindingen kunnen op twee primaire manieren worden verbroken: heterolytisch en homolytisch [4](#page=4). #### 5.1.1 Heterolytische splitsing Heterolytische splitsing, ook wel asymmetrische splitsing genoemd, treedt op wanneer de binding tussen twee atomen zodanig wordt verbroken dat een van de atomen beide elektronen van de binding meeneemt. Dit proces resulteert in de vorming van twee ionen: een positief geladen ion (kation) en een negatief geladen ion (anion). De richting van de elektronendensiteit is hierbij cruciaal. In reactieschema's wordt dit aangegeven met een enkele volle pijl [4](#page=4). #### 5.1.2 Homolytische splitsing Homolytische splitsing, of symmetrische splitsing, vindt plaats wanneer de binding tussen twee atomen zodanig wordt verbroken dat elk atoom één elektron van de bindingspaar meeneemt. Dit leidt tot de vorming van twee radicalen, dit zijn deeltjes met een ongepaard elektron. Dit proces is eveneens sterk afhankelijk van de polarisatie van de binding. Homolytische splitsing wordt gesymboliseerd door een dubbele "vishaak" pijl [4](#page=4). ### 5.2 Vorming van chemische bindingen De vorming van chemische bindingen is in essentie het omgekeerde proces van bindingbreuk en kan eveneens symmetrisch of asymmetrisch verlopen [5](#page=5). #### 5.2.1 Symmetrische reacties Bij een symmetrische reactie, zoals bij homolytische splitsing, worden bindingen gevormd door radicalen. Twee radicalen combineren zich om een stabiele binding te vormen, waarbij het ongepaarde elektron van elk radicaal een bindend paar vormt [5](#page=5). #### 5.2.2 Asymmetrische reacties Asymmetrische reacties zijn gerelateerd aan heterolytische processen en omvatten de interactie tussen geladen deeltjes of polaire moleculen. Dit kan leiden tot de vorming van nieuwe bindingen door de aantrekking van tegengestelde ladingen of door de aanval van een nucleofiel op een elektrofiel centrum [5](#page=5) [6](#page=6). ### 5.3 Reactiemechanismen De processen van breken en vormen van bindingen kunnen in één enkele geconcerteerde actie plaatsvinden of zich ontvouwen over meerdere stappen [5](#page=5) [6](#page=6). #### 5.3.1 Radicale reacties Radicale reacties worden gekenmerkt door homolytische splitsing en de daaropvolgende reacties van radicalen. Deze mechanismen zijn cruciaal in processen zoals polymerisatie en verbrandingsreacties [5](#page=5). #### 5.3.2 Polaire reacties Polaire reacties omvatten de interactie tussen moleculen met een significante ladingsscheiding of de vorming van ionen. In deze mechanismen speelt de polarisatie van bindingen een sleutelrol, leidend tot de vorming van nieuwe bindingen door bijvoorbeeld nucleofiele substitutie of additiereacties [6](#page=6). > **Tip:** Onthoud dat de polarisatie van een binding bepaalt welke manier van splitsing (heterolytisch of homolytisch) het meest waarschijnlijk is. Bij een sterk gepolariseerde binding zal de elektronegativiteit van de atomen de verdeling van de elektronen beïnvloeden bij het breken. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Chemische transformatie | Een proces waarbij de ene chemische stof wordt omgezet in een andere, door de breking en vorming van chemische bindingen. | | Reagentia | De stoffen die aan het begin van een chemische reactie staan en worden omgezet in producten. | | Reactieproducten | De stoffen die ontstaan als resultaat van een chemische reactie uit de reagentia. | | Reactiemechanisme | De gedetailleerde reeks elementaire stappen op moleculaire schaal die beschrijft hoe reagentia worden omgezet in reactieproducten. | | Chemische thermodynamica | De tak van de chemie die de energetische aspecten van chemische reacties bestudeert, zoals de gunstigheid van een reactie. | | Chemische kinetiek | De tak van de chemie die de snelheid en mechanismen van chemische reacties bestudeert, en hoe transformaties effectief plaatsvinden. | | Substitutiereactie | Een reactietype waarbij een atoom of groep in een molecuul wordt vervangen door een ander atoom of groep, meestal gepaard gaand met het breken en vormen van s-bindingen. | | Additiereactie | Een reactietype waarbij twee of meer moleculen zich combineren tot een groter molecuul, vaak door het breken van een p-binding en het vormen van twee nieuwe s-bindingen. | | Eliminatiereactie | Een reactietype waarbij atomen of groepen uit een molecuul worden verwijderd, wat resulteert in de vorming van een nieuwe p-binding, doorgaans door het breken van twee s-bindingen. | | Reactief intermediair | Een moleculaire entiteit die wordt gevormd tijdens een meerstapsprocesreactiemechanisme, die zeer reactief is en snel verder reageert. | | Nucleofiel (Nu) | Een chemische soort die de neiging heeft om een positieve of deelelektrisch positieve atoomkern aan te vallen vanwege zijn elektronenrijkdom. | | Elektro fieel (E+) | Een chemische soort die de neiging heeft om elektronen te accepteren en daardoor aan te vallen op een elektronenrijke plaats. | | Radicaalir | Een chemische soort die een ongepaard elektron bezit, waardoor het zeer reactief is en betrokken kan zijn bij radicalaire reacties. | | Polarisatie van de binding | Het ongelijke delen van elektronen binnen een chemische binding, wat resulteert in een partiële positieve en negatieve lading op de atomen. | | Heterolytische splitsing | Het asymmetrische breken van een chemische binding, waarbij één atoom beide elektronen van de binding meeneemt, wat resulteert in de vorming van ionen. | | Homolytische splitsing | Het symmetrische breken van een chemische binding, waarbij elk atoom één elektron van de binding meeneemt, wat resulteert in de vorming van radicalen. |