Der S_N1-Mechanismus

Der Reaktionsmechanismus besteht aus zwei Schritten.

Reaktionsschritt 1

Die Abgangsgruppe X wird in Form eines Anions X^- abgespalten. Zurück bleibt ein positiv geladenes Carbenium-Ion. Die Aktivierungsenergie für diesen Reaktionsschritt ist relativ hoch, da eine kovalente Bindung gespalten werden muss. Aus dem gleichen Grund ist dieser Reaktionsschritt endotherm.

Reaktionsschritt 2

Eine nucleophile Eingangsgruppe Y^- lagert sich an das Carbenium-Ion an. Die Aktivierungsenergie für diesen Schritt ist verhältnismäßig klein, da sich hier ein Kation und ein Anion gegenseitig anziehen. Außerdem ist die Reaktionsenergie dieses Schrittes negativ, es handelt sich um einen exothermen Teilschritt.

Gesamtreaktion

Fertig ist die Nucleophile Substitution; X wurde gegen Y ausgetauscht, und die Gesamtreaktion ist exotherm.

Deutung des Versuchs 1

Das Bromethan spaltet ein Bromid-Ion (X = Br) ab, und zurück bleibt als Zwischenprodukt ein Ethyl-Kation C₂H₅⁺. Dieses Kation zieht nun die Hydroxid-Anionen an, die in dem Stoffgemisch herumschwimmen. Aus Bromethan wird Ethanol. Als zweites Endprodukt entsteht Kaliumbromid.

Reaktionskinetische Betrachtung der S_N1-Reaktion

Aus reaktionskinetischer Sicht ist der erste Schritt der S_N1-Reaktion der entscheidende. Aufgrund seiner höheren Aktivierungsenergie ist er der langsamere der beiden Schritte, und damit bestimmt er die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion. Ähnlich wie bei zwei Häftlingen, die aneinandergekettet aus dem Gefängnis fliehen, bestimmt der langsamere Schritt die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion. Man sagt auch, der erste Schritt ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt.

Wenn man also die Reaktionskinetik des S_N1-Mechanismus untersuchen will, kann man sich voll und ganz auf den ersten Schritt konzentrieren. Aus reaktionskinetischer Sicht interessiert ja eigentlich immer nur ein Aspekt: Wie viele Teilchen müssen zusammenstoßen, damit es zu einer Reaktion kommt? Bei näherer Betrachtung des ersten Schrittes fällt uns auf, dass das Edukt R-X (R = organischer Rest) keinen Reaktionspartner hat. R-X zerfällt einfach in R⁺ und X^-, in ein Alkyl-Kation und ein Anion. Ob R-X dabei "einfach so" zerfällt, oder ob vielleicht zwei R-X-Moleküle zusammenstoßen müssen, macht aus reaktionskinetischer Sicht keinen Unterschied. Fakt ist, dass die Reaktionsgeschwindigkeit des Schrittes nur von der Konzentration einer Substanz abhängig ist, nämlich von c(R-X).

Die Reaktion ist eine monomolekulare Reaktion oder eine Reaktion erster Ordnung. Das ist auch der Grund dafür, dass man diese Art der Nucleophilen Substitution als SN1-Reaktion bezeichnet. Die Ziffer 1 bezieht sich also auf die Tatsache, dass der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Reaktion eine Reaktion 1. Ordnung ist.

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