Mecanismo de reacción

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El mecanismo de reacción es el conjunto de las fases o estados que constituyen una reacción química. Los mecanismos de reacción están ligados a la dinámica química.

Conceptos básicos[editar]

Desde un punto de vista termodinámico, una ecuación química, los reactivos son el estado inicial y los productos el estado final, hay una variación de energía libre. La energía libre debe ser negativa ya que será una reacción espontánea, es decir, que la reacción podrá llevarse a cabo sin ningún impedimento termodinámico.

Para hacer más fácil la explicación será mejor hacerla con un ejemplo:

A {(g)} + BC {(g)} \longrightarrow AB {(g)} + C {(g)} ∆G'= -

Para hacer el enlace A-B, los reactivos se tienen que cortar las distancias, pero esto aumenta la fuerza de repulsión de los electrones. Para evitar esta repulsión, los reactivos tendrán que acercarse con suficiente energía cinética. Por encima de esta energía, las moléculas A y B forman enlaces y a la vez, las moléculas B y C están rompiendo el suyo. En este momento hay un complejo formado por A, B y C, llamado complejo activado. Al final todos los enlaces del B y C serán rotos y los enlaces A y B serán formados, es decir, los productos.

También hay que hacer mención de la energía de activación , que es la diferencia entre la energía de los reactivos y la del complejo activado. Se puede considerar como una barrera energética que debe pasar los reactivos para pasar a ser productos.


Tipos[editar]

Reacciones elementales o concertadas[editar]

Una reacción elemental transcurre en solo una etapa. Esta reacción se produce con una formación de un solo complejo activado y solo tiene que superar una barrera energética. Se representa en una sola ecuación química.

Existen 3 tipos de reacciones elementales, los cuales son:

Reacciones complejas[editar]

Una reacción compleja transcurre en 2 o más etapas, con formación de intermediarios. También podemos decir que es un conjunto de reacciones elementales, donde hay más de una formación de complejos activados diferentes y supera diferentes barreras energéticas. Se expresa en varias ecuaciones químicas o una global. En la ecuación química global, representa el estado inicial y el estado final del global de las reacciones, pero no presenta como ha transcurrido la reacción.

Los intermediarios son moléculas que aparecen en el mecanismo de la reacción, pero no en la ecuación inicial.

Molecularidad[editar]

La molecularidad es el números de moléculas que toma parte como reactivos en una reacción elemental. Dependiendo del número de moléculas que participan, se clasifican:

  • Unimoleculares: Solo participa una molécula.
  • Bimoleculares: Participan 2 moléculas.
  • Trimoleculares: Participan 3 moléculas

Ejemplo de Mecanismo[editar]

Como ejemplo consideramos la reacción global entre el óxido nítrico y el oxígeno:

2 NO {(g)} + O_2 {(g)} \longrightarrow 2 NO_2 {(g)}

Se sabe que los productos no se forman directamente como resultado de la colisión de dos moléculas NO con una molécula de O2 porque se ha encontrado la especie N2O2 durante el curso de la reacción. Un mecanismo posible es suponer que la reacción se lleva a cabo en dos etapas o reacciones elementales como las siguientes:

2 NO {(g)} \longrightarrow N_2 O_2 {(g)} primera etapa

N_2 O_2 {(g)} + O_2 {(g)} \longrightarrow 2 NO_2 {(g)} segunda etapa

En la primera etapa dos moléculas de NO chocan para formar una molécula de N2O2; es una reacción bimolecular. Después, sigue una reacción, entre el N2O2 y el O2 para formar dos moléculas de NO2; es una reacción bimolecular. La ecuación química global, que representa el cambio total, se puede interpretar como la suma de estas dos etapas.

Las especies como el N2O2 es el intermediario de la reacción.

Reacciones orgánicas por su mecanismo[editar]

En química orgánica cada reacción tiene un mecanismo de reacción por pasos que explica cómo sucede, aunque no siempre es clara una descripción detallada a partir sólo de una lista de reactantes. Las reacciones orgánicas puedes ser organizadas en algunos tipos básicos. Algunas reacciones encajan en más de una categoria. Por ejemplo, algunas reacciones de sustitución siguen una trayectoria de adición-eliminación. Esta apreciación general no pretende incluir cada reacción orgánica individual. Por el contrario, sólo pretende cubrir las reacciones básicas.

Tipo de reacción Subtipo Comentario
Reacciones de adición adición electrofílica incluye reacciones tales como la halogenación, hidrohalogenación e hidratación.
adición nucleofílica
adición radicalaria
Reacción de eliminación incluye procesos tales como la deshidratación, y se observa que siguen mecanismos de reacción E1, E2, o E1cB
Reacciones de sustitución sustitución nucleofílica alifática con mecanismos de reacción SN1, SN2 y SNi
sustitución nucleofílica aromática
sustitución nucleofílica acílica
sustitución electrofílica
sustitución electrofílica aromática
sustitución radicalaria
reacciones orgánicas redox son reacciones redox específicas de los compuestos orgánicos y son muy comunes.
Reacciones de transposición Transposiciones 1,2
Reacciones pericíclicas
metátesis

En general, el curso paso a paso de los mecanismos de reacción puede ser representado usando formulas estructurales y estructuras moleculares, en las que se usan flechas curvadas para seguir el movimiento de los electrones como materiales de transición iniciales, hasta los intermediarios y productos.

Mecanismo de reacción de la hidrólisis de ATP