KI-generierte Notiz
Übergangszustände & Katalyse — Vorlesungsnotizen
Quelle: Chemie-Tafelfoto · CHEM 201 · 23 Labels erkannt
Kontext
Tafel- Vorlesung: CHEM 201 · Prof. Lin · Di 14:15 · 14.03.
- Thema: Übergangszustände & Katalyse (Kap. 8).
- Relevanz: zwei Klausurfragen kommen historisch aus diesem Material.
SN2-Mechanismus
Tafel- Reaktion: A + B → AB‡ → C — konzertiert, einstufig.
- Übergangszustand: AB‡ ist ein Sattelpunkt mit gleichzeitiger Bindungsbildung und -spaltung.
- Stereochemie: Rückseitenangriff erzwingt Walden-Inversion am C-Zentrum.
- Geschwindigkeitsgesetz: rate = k[A][B] — zweite Ordnung, abhängig von Substrat und Nukleophil.
SN1-Mechanismus
Tafel- Zwei Schritte: R₃C—Br ionisiert zum Carbokation, dann greift das Nukleophil an.
- Intermediat: Carbokation ist ein lokales Minimum — keine reine TS.
- Geschwindigkeitsgesetz: rate = k[A] — erste Ordnung, nur Substrat.
- Stereochemie: planares Carbokation → Angriff von beiden Seiten → Racemisierung.
Energiediagramm
Tafel- Achsen: x = Reaktionskoordinate, y = freie Enthalpie G.
- ΔG°: Standard-Reaktionsgröße (Produkte − Edukte).
- ΔG‡: Aktivierungsenergie: Höhe der Barriere zum TS.
- Katalysierter Pfad: niedrigere ΔG‡ über alternative Route, ΔG° und K_eq unverändert.
Aktivierungsenergie & Rate
Tafel- E_a: die Barriere, die Edukte überwinden müssen, um den TS zu erreichen.
- Geschwindigkeitsbestimmender Schritt: in einem mehrstufigen Mechanismus ist der mit der höchsten E_a maßgeblich.
- Temperatur: höheres T verschiebt die Boltzmann-Verteilung → mehr Moleküle ≥ E_a → schneller.
- Katalysator-Regel: senkt ΔG‡ über einen alternativen Pfad — ändert nicht ΔG, K_eq oder Produktverhältnis.
Eyring vs Arrhenius
Tafel- Eyring: k = (k_BT/h)·e^(−ΔG‡/RT) — thermodynamische Form mit freier Aktivierungsenergie.
- Arrhenius: k = A·e^(−E_a/RT) — empirisch, A = präexponentieller Faktor.
- Aktivierungsentropie: Eyring zeigt explizit ΔS‡, Arrhenius nicht.
Schlüsseldefinitionen
Tafel- Intermediat ≠ TS: Intermediat = lokales Minimum, messbare Lebensdauer. TS = Sattelpunkt.
- Hammond-Postulat: TS ähnelt strukturell der Spezies (Edukt oder Produkt), der er energetisch näher liegt.
- Katalysator-Hinweis: ändert nur den Mechanismus — K und ΔG bleiben gleich.
Übungsaufgabe 8.3
Tafel- Aufgabe 1: ΔG‡ für jeden Schritt eines mehrstufigen Mechanismus vorhersagen.
- Aufgabe 2: den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt identifizieren.
- Schritt 1 gelöst: ΔG‡_1 ≈ 18 kcal/mol — die Hürde für den katalysierten Pfad.
