Nebenreaktion

Eine Nebenreaktion ist eine chemische Reaktion , die gleichzeitig mit der eigentlichen Hauptreaktion, jedoch in geringerem Umfang, abläuft. Sie führt zur Bildung eines Nebenprodukts , wodurch die Ausbeute des Hauptprodukts verringert wird: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle {\ce {{A}+B->[{k_{1}}]P1}}}$

${\displaystyle {\ce {{A}+C->[{k_{2}}]P2}}}$

P ₁ ist das Hauptprodukt, wenn k ₁ > k ₂ . Das Nebenprodukt P ₂ ist im Allgemeinen unerwünscht und muss vom eigentlichen Hauptprodukt abgetrennt werden (üblicherweise in einem kostenintensiven Verfahren ).

Die Elemente B und C aus den obigen Gleichungen stellen üblicherweise unterschiedliche Verbindungen dar . Sie könnten aber auch einfach unterschiedliche Positionen innerhalb desselben Moleküls sein .

Eine Nebenreaktion wird auch als Konkurrenzreaktion bezeichnet ^{[ 2 ] [ 3 ]} , wenn verschiedene Verbindungen (B, C) um einen anderen Reaktanten (A) konkurrieren. Tritt die Nebenreaktion etwa so häufig auf wie die Hauptreaktion, spricht man von einer Parallelreaktion ^{[ 4 ]} , insbesondere in der Kinetik.

Es können auch kompliziertere Beziehungen bestehen; zum Beispiel könnte Verbindung A reversibel, aber schnell mit Substanz B (mit der Geschwindigkeit k ₁ ) oder irreversibel, aber langsam (k ₁ > k ₋₁ >> k ₂ ) mit Substanz C reagieren:

${\displaystyle {\ce {B<=>A->[{k_{2}}]C}}}$

Unter der Annahme, dass die Reaktion zu Substanz C irreversibel ist, da diese thermodynamisch sehr stabil ist, ist B das kinetische und C das thermodynamische Produkt der Reaktion. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Wird die Reaktion bei niedrigen Temperaturen durchgeführt und nach kurzer Zeit abgebrochen, spricht man von kinetischer Kontrolle ; das kinetische Produkt B ist die primär gebildete Substanz. Wird die Reaktion hingegen bei hohen Temperaturen und über einen längeren Zeitraum durchgeführt (in diesem Fall ist die für die Reaktion zu C notwendige Aktivierungsenergie vorhanden, die sich mit der Zeit sukzessive bildet), spricht man von thermodynamischer Kontrolle; das thermodynamische Produkt C ist die primär gebildete Substanz.

In der organischen Synthese führen erhöhte Temperaturen üblicherweise zu mehr Nebenprodukten. Da Nebenprodukte in der Regel unerwünscht sind, werden niedrige Temperaturen („milde Bedingungen“) bevorzugt. Das Verhältnis konkurrierender Reaktionen kann durch eine Temperaturänderung beeinflusst werden, da sich ihre Aktivierungsenergien in den meisten Fällen unterscheiden. Reaktionen mit hoher Aktivierungsenergie lassen sich durch eine Temperaturerhöhung stärker beschleunigen als solche mit niedriger Aktivierungsenergie. Auch der Zustand des Gleichgewichts hängt von der Temperatur ab. ^{[ 8 ]}

Detektionsreaktionen können durch Nebenreaktionen verfälscht werden.

Nebenreaktionen werden auch in der Reaktionskinetik , einem Teilgebiet der physikalischen Chemie , beschrieben . Sie gelten als komplexe Reaktionen , da die Gesamtreaktion (Hauptreaktion + Nebenreaktion) aus mehreren (mindestens zwei) Elementarreaktionen besteht . ^{[ 9 ]} Weitere komplexe Reaktionen sind Konkurrenzreaktionen, Parallelreaktionen, Folgereaktionen, Kettenreaktionen , reversible Reaktionen usw. ^{[ 10 ] : 280–291}

Verläuft eine Reaktion deutlich schneller als die andere (k₁ _> k₂ ₎ , so wird sie (k₁ ₎ als Hauptreaktion und die andere (k₂) als Nebenreaktion bezeichnet _. Verlaufen beide Reaktionen annähernd gleich schnell (k₁ _≅ k₂ ₎ , so spricht man von Parallelreaktionen. ^{[ 4 ]}

Sind die Reaktionen irreversibel (ohne Rückreaktionen), so entspricht das Verhältnis von P ₁ und P ₂ der relativen Reaktivität von B und C im Vergleich zu A: ${\displaystyle {\ce {{A}+B->[{k_{1}}]P1}}}$${\displaystyle {\ce {{A}+C->[{k_{2}}]P2}}}$

${\displaystyle {\frac {\ce {[P1]}}{\ce {[P2]}}}={\frac {k_{1}[{\ce {B}}]}{k_{2}[{\ce {C}}]}}}$

• Geschwindigkeitsgleichung § Parallel- oder Konkurrenzreaktionen