Reaktsioonimehhanismid ja sideme katkemine

Iga orgaaniline reaktsioon algab sideme katkemisega kuskil ja on täpselt kaks fundamentaalselt erinevat viisi, kuidas kovalentse sideme jagatud elektronpaar saab jaguneda kahe seotud aatomi vahel. Homolüütilises katkemises jagunevad kaks sidumiselektroni võrdselt, üks kummalegi aatomile, tekitades kaks neutraalset osakest, mis kumbki kannavad paardumata elektroni — neid nimetatakse radikaalideks. Radikaalid on väga reaktiivsed, kuna paardumata elektron on energeetiliselt ebasoodne; radikaalid reageerivad tavaliselt edasi, otsides teist paardumata elektroni, millega paarduda. Homolüüsi soodustavad tingimused, mis annavad energiat, suunamata seda konkreetsele aatomile, näiteks soojus või ultraviolettvalgus, ning nõrgad, mittepolaarsed sidemed.

Heterolüütilises katkemises lähevad mõlemad sidumiselektronid ainult ühele kahest aatomist, tekitades katiooni (aatom, mis kaotas mõlemad elektronid) ja aniooni (aatom, mis sai mõlemad). See on rada, mis domineerib ioonses orgaanilises keemias, ja seda soodustavad polaarsed sidemed, kus elektrontihedus on juba enne sideme katkemistki ebaühtlaselt ühe aatomi poole jaotunud, ning polaarsed lahustid, mis suudavad tekkivaid laetud osakesi stabiliseerida.

Heterolüütilise katkemise poolt tekitatud osakesed jagunevad kaheks funktsionaalseks rolliks, mis juhivad valdavat enamust ioonseid orgaanilisi reaktsioonimehhanisme. Nukleofiil ("tuuma armastav") on elektronirikas osake — kandes vaba elektronpaari, pi-sidet või negatiivset laengut —, mis otsib ja loovutab elektrontihedust positiivse või osalise positiivse laengu piirkonda, moodustades protsessi käigus uue sideme. Elektrofiil ("elektroni armastav") on täiendav elektronivaene osake — kandes sageli osalist või täielikku positiivset laengut või tühja orbitaali —, mis võtab vastu elektronpaari, mille nukleofiil loovutab. Peaaegu iga ioonne orgaaniline mehhanism, nukleofiilsest asendusest elektrofiilse liitumiseni, saab kirjeldada nukleofiili rünnakuna elektrofiilile, mis ongi täpselt põhjus, miks õige tuvastamine, milline reageeriv osake on nukleofiil ja milline elektrofiil, on esimene ja kõige olulisem samm orgaanilise reaktsiooni kulgemise ennustamisel.