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'''反応機構'''(はんのうきこう、Reaction mechanism)とは、ある[[化学反応]]において出発物質がどのような過程を経て最終生成物に変化していくかを指す。
'''反応経路'''(はんのうけいろ、Reaction pathway)と呼ばれることもある
反応機構は大きく分けて2つの要素からなる。
1つは出発物質が途中にどのような物質を経て最終生成物に至るかである。
この途中に経る物質を'''反応中間体'''という。
もう1つは出発物質が反応中間体、そして最終生成物に至る各反応段階において、原子同士が化学結合を生成したり開裂させたりする際にどのようにして結合
反応機構の物理化学的解釈は記事 [[反応速度論#遷移状態理論|遷移状態理論]]、[[分子動力学]]に詳しい。
==単純反応==
化学反応のうち、途中に反応中間体を経ずに直接最終生成物が生じる反応を'''単純反応'''(たんじゅんはんのう)という。
単純反応の代表的な例としては[[SN2反応]]が知られている。
:<math>\rm RCH_2X + Nu^- \longrightarrow
SN2反応においては反応速度がそれぞれ[[求電子剤]]RCH<sub>2</sub>X、[[求核剤]]Nu<sup>-</sup>それぞれの[[濃度]]に比例する。
この実験事実はSN2反応が単純反応であることと矛盾しない
またSN2反応では[[ワルデン反転]]が起こる。
これを説明するには、SN2反応の遷移状態において求核剤Nu<sup>-</sup>は求電子剤の炭素に対して反応で脱離する基Xの反対側から結合を生成しなければならない。
このように一般的に正しいと考えられている反応機構は[[反応速度]]式や[[立体選択性]]といった実験事実を矛盾無く説明できるようなものである。
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この中で最終的に2-クロロ-2-メチルプロパンに変換される始めの2つの段階の生成物tert-ブチルアルコールのプロトン付加体とカルベニウムイオンが反応中間体である。
==反応中間体
反応中間体を捕捉することは反応機構の推定において最も重要な鍵となる。
しかし多くの場合、反応中間体は後続する反応によって消費されるため反応系内に存在する濃度は通常かなり低く、また反応性に富む不安定な物質であるため
そのため各種の[[分光法]]による直接観測や[[立体障害]]などで後続の反応を妨害することによる安定化、反応中間体と選択的に反応する[[試薬]]によるトラップなどによる捕捉によって存在を示すことが行なわれる。
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例えばカルベニウムイオン中間体であれば、カチオン中心近傍への[[電子供与性]]基の導入による反応速度の増加、隣接する[[アルキル基]]上の[[水素]]の[[重水素]]への置換による[[超共役]]の減少に伴う反応速度の減少といったことから存在が推定され、さらに[[超強酸]]の存在下で[[核磁気共鳴分光法]]で直接観測が可能である。
反応中間体の種類によって反応の分類を行なうことがしばしば行なわれる。例えば[[イオン]]性の中間体を生成する反応は[[イオン反応]]、[[ラジカル]]中間体を生じる反応は[[ラジカル反応]]に分類される。反応中間体が存在せずに複数の結合が協奏的に生成・開裂する反応は[[ペリ環状反応]]に分類される。
==結合の生成、開裂する位置の決定==▼
また結合の生成、開裂する位置の研究においては、出発物質中の一部の原子を[[同位体]]で置換したものを用いることがある。▼
例えば[[エステル]]の[[アルカリ]]による分解反応ではそのままではエステルの2つの[[炭素]]-[[酸素]]結合のうちどちらが開裂したのか、そのままでは分からない。
:<math>\rm RC(=O)-O-R' + NaOH \longrightarrow R(C=O)-ONa + HO-R'</math>
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:<math>\rm RC(=O)-O^*-R' + NaOH \longrightarrow R(C=O)-ONa + HO^*-R'</math>
このことからカルボニル炭素-酸素結合が開裂していることが分かる。
==遷移状態==
遷移状態は化学反応が進行する際の[[自由エネルギー]]の極大の位置にあたる。
そのため直接の観測は困難であるため、実験事実から推定や計算機化学によるシミュレーションでその構造が推定されている。
例えばα位に置換基を持つ[[カルボニル化合物]]への[[求核剤]]の反応では[[クラム則]]が成立し、そのことから遷移状態の[[立体配座]]の推定がなされた。その後、より詳細な[[立体選択性]]に関する知見の集積と計算機シミュレーションによる結果から[[フェルキン-アーンのモデル]]をはじめとするさまざまな遷移状態が提案されている。
==化学反応論==
多くの化学反応の反応機構を統一的に説明するために[[化学反応論]]が形成されてきた。[[有機電子論]]は反応系の[[電子]]の動きに焦点を当てて化学反応を説明するものであり、多くのイオン性の反応機構がこれで説明できる。一方、[[フロンティア軌道理論]]、[[ウッドワード・ホフマン則]]はその電子が属する[[軌道]]に焦点を当てて化学反応を説明するものであり、有機電子論で説明が困難であったペリ環状反応の機構の説明を可能とした。
== 関連項目 ==
*[[反応速度論]]
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