Reaktionsmechanismen/Radikal

Ein Radikal ist ein Teilchen mit einem ungepaarten Elektron (Einzelelektron). Radikale entstehen durch homolytische (symmetrische) Spaltung einer kovalenten Bindung: Dabei erhält jeder Bindungspartner genau eines der beiden Bindungselektronen. Dies geschieht unter starker Energiezufuhr – etwa durch UV-Licht oder hohe Temperaturen. Radikale sind meist kurzlebig und sehr reaktionsfreudig, weil das Einzelelektron nach einem Bindungspartner „sucht".

Ein Elektrophil hat eine Elektronenpaarlücke – es ist elektronenarm und sucht ein freies Elektronenpaar (= Lewis-Säure). Ein Nucleophil hat freie Elektronenpaare – es ist elektronenreich und greift elektronenärmere Zentren an (= Lewis-Base). Elektrophile und Nucleophile sind komplementäre Partner: Der Nucleophil spendet sein Elektronenpaar an die Lücke des Elektrophils.

Radikale besitzen ein ungepaart vorliegendes Elektron, das energetisch ungünstig ist. Das Radikal strebt danach, eine stabile Elektronenpaarung zu erreichen. Es reagiert deshalb sofort mit verfügbaren Molekülen oder anderen Radikalen. Bei der Reaktion mit einem Molekül entsteht häufig ein neues Radikal – dies führt zu einer Kettenreaktion, wie sie bei der radikalischen Substitution der Alkane auftritt. Mehr dazu: → Radikalische Substitution.

Beide besitzen freie Elektronenpaare. Eine Brønsted-Base nimmt ein Proton (H⁺) auf – dazu braucht sie ein freies Elektronenpaar. Ein Nucleophil greift allgemein elektronenärmere Teilchen an. Basizität und Nucleophilie verlaufen daher annähernd parallel: Das Hydroxid-Ion (OH⁻) ist sowohl stärker basisch als auch stärker nucleophil als Wasser (H₂O). Entscheidend ist aber nicht die Anzahl der freien Elektronenpaare, sondern deren Verfügbarkeit (Polarisierbarkeit).

Das Lewis-Konzept ist eine Erweiterung des Brønsted-Konzepts und gilt für die Universität: Eine Lewis-Säure ist ein Elektronenpaarakzeptor (= Elektrophil) – sie nimmt ein Elektronenpaar auf. Eine Lewis-Base ist ein Elektronenpaardonor (= Nucleophil) – sie stellt ein Elektronenpaar zur Verfügung. Das Lewis-Konzept ist weiter gefasst als das Brønsted-Konzept, da es keine Protonen benötigt: BF₃ ist eine Lewis-Säure, obwohl es kein Proton abgeben kann. Mehr zur Säure-Base-Theorie: → Brønsted-Definition (Kl. 9).