16.4 Reactiemechanismen

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

16.4 Reactiemechanismen

Leerdoelen

• Je leert enkele polaire en radicaalreactiemechanismen kennen.
• Je leert om bij gegeven (tussen)producten een mechanisme te tekenen.
• Je leert om bij een gegeven reactiemechanisme de (tussen)producten te tekenen.
• Je leert om bij een gegeven mechanisme de snelheidsbepalende stap te herkennen. 
• Je leert om een reactiesnelheidsvergelijking op te stellen.

Deze les

• Polaire reactiemechanismen
• Maken 9, 12, 34, 35, 39, 41, 44 + 2016-II vraag 15
• Reactiesnelheid
• Maken 36, 37, 38 + 2017-I ‘Waterstofopslag in Carbazool’
• Radicaalreactiemechanismen 
• Maken H16: 33 + 40 + H18: 8 + 42 + 2017-I ‘Polymeren maken de chip’

Reactiemechanismen

• Laat tussenstappen met elektronenverplaatsingen zien.
• Polaire reacties: elektronen verplaatsen als paren (asymmetrisch).
• Radicale reacties: losse elektronen verplaatsen zich (symmetrisch).
• Zie Binas tabel 54 (zonder elektronenverplaatsingen)

Polaire reacties

Polaire reacties

• Elektronen verplaatsen als paren (asymmetrisch).
• Gebruik kromme pijlen met hele pijlpunten (rood in afbeelding).
• Reacties tussen nucleofiele en elektrofiele deeltjes.

Nucleofiel 

• Houd van (positieve) kernen: heeft zelf overschot aan elektronen
• Partiële of formele negatieve lading aanwezig.
• Voorbeelden (nucleofiel gedeelte in rood):

Elektrofiel 

• Houd van (negatieve) elektronen: heeft zelf tekort aan elektronen.
  
• Partiële of formele positieve lading aanwezig.
• Voorbeelden (elektrofiele gedeelte in blauw):

Voorbeeld 1: zuurbase reactie

• Ammoniak (base) reageert als nucleofiel.
• H van water is een elektrofiel deeltje.

--> Maak vragen 9 + 12

Voorbeeld 2: additie

• Stap 1: nucleofiel (etheen) valt aan op elektrofiel (H van HBr).
• Stap 2: nucleofiel (bromide-ion) valt aan op elektrofiel (C+).

Even oefenen: additie

Teken het reactiemechanisme van deze reactie. Het mechanisme vindt plaats in twee stappen volgens een polair mechanisme. Geef Lewis structuren, geef formele ladingen aan en teken gebogen pijlen voor elektronenverplaatsingen.

Antwoord

Reactiemechanisme additie

• Bij additie met bijv. broom ontstaat als tussenproduct een bromonium-ion.
• Zie Binas tabel 54F.
• Te veel sterische hinder om in 1 stap plaats te vinden.

--> Maak vragen 34, 39, 41

Voorbeeld 3: substitutie

• Soms twee stappen in één keer (SN2).
• Geen tussenproduct, wel overgangstoestand
• Zie Binas tabel 54A.

Voorbeeld 4: substitutie

• Soms twee stappen met vorming 

tussenproduct (SN1).

• Te grote zijgroepen voor directe aanval.
• Zie Binas tabel 54B.

Even oefenen: substitutie

Teken het reactiemechanisme van deze reactie. Het mechanisme vindt plaats in één stap volgens een polair mechanisme. Geef Lewis structuren, geef formele ladingen aan en teken gebogen pijlen voor elektronenverplaatsingen.

Antwoord

Polariteit versterken

• Zuur als katalysator toevoegen: versterkt de polariteit
• Partieel negatieve lading op O verdwijnt
• Ontstane deeltje sterker elektrofiel

• Base als katalysator zorgt voor sterker nucleofiel deeltje.

Aan de slag

--> Maken 44 + 2016-II vraag 15

2016-II Reactiemechanisme

Antwoord

Reactiesnelheid

6.1, 6.2, 16.4

Reactiesnelheid 

• Gemiddelde reactiesnelheid
• Uitgedrukt in mol per liter per seconde (mol L-1 s-1)
  

• Snelheid s = molariteit (mol/L) / tijd (s)

Factoren die invloed hebben op de reactiesnelheid 

• Soort stof
• Concentratie (volume, druk)


• Temperatuur 
• Verdelingsgraad 
• Aanwezigheid katalysator

Reactiesnelheid 

Voorbeeld: 2 NH3 --> N2 + 3 H2

• Begin reactie 0 mmol H2
• Lijn q geeft mmol H2 aan op einde reactie.
• Reactiesnelheid begint hoog, neemt af in de tijd. Bij q is reactiesnelheid 0.

Snelheidsbepalen-de stap

• Langzaamste stap in reactiemechanisme.
• Stap waar deeltjes ontstaan met formele lading of afwijken van octet.
• Voorbeeld SN1 mechanisme:

Energiediagram SN1 reactie

Aan de slag

--> Maak vraag 36

Snelheidsvergelijking

• Uit experimenten kun je bepalen van welke concentraties de reactiesnelheid afhangt.
  
• Dit geef je weer in een snelheidsvergelijking.
• Reactiesnelheid recht evenredig verband met stof A: s = k * [A]
• k = constante

Snelheidsvergelijking: SN1 en SN2

• SN1 = snelheid hangt af van 1 beginstof; s = k * [A]
• SN2 = snelheid hangt af van 2 beginstoffen; s = k * [A] * [B]

• Geldt ook voor E1 en E2 mechanismen

Voorbeeld: 2 ICl + H2 -> I2 + 2 HCl

• Verdubbeling [ICl] geeft verdubbeling van s (proef 1+2).
• Halvering [H2] geeft halvering van s (proef 1+3)
• Recht evenredig verband tussen snelheid en beide beginconcentraties.
• s = k * [ICl] * [H2]

1. s=k*[Br-]*[BrO3-]*[H+]
2. s=k*[Br-]*[BrO3-]*2[H+]
3. s=k*[Br-]*[BrO3-]*[H+]^2
4. s=k*[Br-]*[H+]^2

Uitleg bij quizvraag

• Verdubbeling [Br-] geeft halvering tijd, lineair verband (proef 1+2).
• Verdubbeling [BrO3-] geeft halvering tijd, lineair verband (proef 1+3).
• Verdubbeling [H+] geeft 4x minder tijd, kwadratisch verband (proef 1+4).
• s=k*[Br-]*[BrO3-]*[H+]2

Aan de slag

--> Maak vragen 37 + 38 + 2017-I ‘Waterstofopslag in Carbazool’

Radicaalmechanismen

12.2, 16.4, 16.5

Reactiemechanismen

• Laat tussenstappen met elektronenverplaatsingen zien.
• Polaire reacties: elektronen verplaatsen als paren (asymmetrisch).
• Radicale reacties: losse elektronen verplaatsen zich (symmetrisch).
• Met gebogen pijlen wordt de beweging van elektronen weergegeven.

• halve pijlpunt = 1 elektron verplaatst
• hele pijlpunt = 2 elektronen (1 paar) verplaatst

Radicaal

• Elektronen komen meestal voor in paren (meest stabiel).
• Soms ontstaat er een zeer reactief deeltje, doordat een los elektron aanwezig is.
• Een deeltje met een ongepaard elektron noemen we een radicaal.

Radicaalmechanisme polyadditie

1. Ontleding initiator tot 2 radicalen.
2. Initiatie: initiator reageert met 1 monomeer.
3. Propagatie: monomeerradicaal reageert met nieuwe monomeren (kettingreactie).
4. Terminatie: twee radicalen reageren waarmee reactie stopt.

Stap 1: vorming radicaal

• Veelgebruikte initiator is benzoylperoxide. 
• Wordt vaak weergegeven met BzO-OBz of RO-OR (R = rest).
• BzO-OBz --> 2 BzO .

Stap 2: initiatie

• Initiator reageert met monomeer.

Stap 3: propagatie

• Monomeerradicaal reageert met nieuw monomeer.
• Meerdere propagatiestappen bij de vorming van een polymeer.
• Hoe meer propagatiestappen, hoe langer het polymeer.

Stap 4: terminatie

• Twee radicalen reageren met elkaar.
• Einde van de reactie.
• Lastig te reguleren, waardoor polymeren van verschillende lengten ontstaan.
• Daarom wordt bij polymeren gesproken van gemiddelde ketenlengte of polymerisatiegraad.

Even oefenen

• Maken H16: 33 + 40
• Maken H18: 8 + 42
• Maken 2017-I Polymeren maken de chip