Le reazioni chimiche avvengono con la rottura di legami chimici e con la formazione di nuovi legami.
Le reazioni organiche avvengono secondo un meccanismo in cui viene evidenziato in ogni stadio il trasferimento di elettroni . Nelle reazioni di addizione, di sostituzione e in alcune reazioni di eliminazione ogni stadio può essere considerato come una reazione tra un substrato e un reagente a seguito della quale si formano nuove specie.
I reagenti possono essere classificati come nucleofili, elettrofili o radicali liberi.
I nucleofili sono specie che condividono un doppietto elettronico con un elettrofilo per formare un nuovo legame e sono quindi basi di lewis; gli elettrofili sono acidi di Lewis e quindi accettano un doppietto elettronico da un nucleofilo; un radicale libero ha un elettrone spaiato presente in un atomo o in uno ione poliatomico ed è in grado di legarsi ad altri radicali o di sottrarre un elettrone a molecole vicine esercitando un’azione ossidante.
La rottura di un legame covalente può avvenire tramite scissione eterolitica o tramite scissione omolitica.
Nella scissione eterolitica gli elettroni di legame si muovono in coppia con formazione di uno ione positivo e di uno ione negativo:
Nella scissione eterolitica il flusso dei due elettroni viene rappresentato da una freccia curva.
Nella scissione omolitica gli elettroni di legame si muovono separati e danno luogo alla formazione di due radicali:
Nella scissione omolitica il flusso separato degli elettroni viene rappresentato da due frecce curve a punta singola.
Un esempio di scissione eterolitica viene fornito dalla formazione di un carbocatione ovvero di una specie in cui il legame tra un atomo di carbonio presente in una molecola e un gruppo ad esso legato si rompe in modo eterolitico con formazione di uno ione positivo presente sul carbonio e di uno ione negativo
La scissione omolitica è favorita, rispetto a quella eterolitica da solventi non polari, condizioni gassose e presenza di luce visibile o U.V.
Molecole contenenti un legame perossidico e molecole di alogeno tendono a dar luogo a scissione omolitica; a seguito della formazione di radicali le reazioni di addizione procedono con un meccanismo radicalico e la steroespecificità delle reazioni varia rispetto a quella di una reazione che avviene a seguito di una scissione eterolitica.
Ad esempio l’addizione di HBr all’1-butene porta al 2-bromobutano secondo la regola di Markovnikov e il meccanismo della reazione prevede un intermedio carbocationico formatosi a seguito di una scissione eterolitica. In presenza di perossidi la reazione avviene secondo un meccanismo radicalico con formazione dell’1-bromobutano che è un prodotto anti Markovnikov a seguito di una scissione omolitica che porta alla formazione di radicali
