Modelowanie mechanizmów reakcji chemicznych można wykorzystać do:
- weryfikacji proponowanego mechanizmu
- poszukiwania właściwego mechanizmu reakcji
- projektowania katalizatorów
- wytłumaczenia zachodzących zjawisk podczas reakcji
- lepszego dobrania warunków do przeprowadzenia reakcji
- dobranie związków będących analogami stanów przejściowych reakcji enzymatycznych pozwala na projektowanie, wydajnych inhibiotorów
- pełnej prezentacji własnych wyników badań naukowych nad mechanizmami reakcji
Mechanizm reakcji chemicznych – jest to schematyczny sposób opisu wszystkich etapów przebiegu reakcji chemicznej wraz ze stadiami oraz produktami przejściowymi. Mechanizm ten jest przedstawiany za pomocą wzorów strukturalnych z uwzględnieniem poszczególnych etapów (stanów przejściowych, produktów przejściowych). Czasami w zapisie mechanizmu reakcji chemicznej stosuje się strzałki informujące o „przepływie” elektronów. Dodatkowym opisem mechanizmu reakcji jest często wykres energetyczny oraz dane kinetyczne. Reakcje chemiczne przebiegają według różnych sposobów. Sposoby te zostały podzielone na określone typy. Nazwa typu mechanizmu reakcji chemicznej składa się ze skrótów literowo-cyfrowych. Duże litery określają ogólny rodzaj reakcji (substytucja, eliminacja, addycja), małe litery określają charakter chemiczny cząsteczki, która inicjuje reakcje (czynniki elektrofilowy, nukleofilowy), cyfra określa ile cząsteczek uczestniczy, w etapie głównym reakcji, który limituje szybkość całej reakcji. np.:
• SN1 – reakcja substytucji nukleofilowej pierwszego rzędu – jest to reakcja, w której w pierwszym etapie następuje oderwanie czynnika nukleofilowego z cząsteczki, a następnie przyłączenie innego czynnika nukleofilwego do cząsteczki. W głównym etapie reakcji bierze udział jedna cząsteczka. Przykładem takiej reakcji jest reakcja hydrolizy bromku tert-butylu.
• SN2 – reakcja substytucji nukleofilowa dwucząsteczkowa - wyniku reakcji dochodzi do wymiany jednych atomów na drugie. Wymiana następuje na wskutek ataku cząsteczki (jonu) o charakterze nuklefilowym. W kluczowym etapie uczestniczą dwie cząsteczki. Przykładem takiej reakcji jest reakcja hydrolizy bromku etytelenu.
Mechanizmy reakcji ustala się na podstawie badań kinetyki, analizy produktów pośrednich reakcji czasem stanów przejściowych lub bezpośrednio przez obserwację przebiegu zrywania i powstawania kolejnych wiązań chemicznych. Dodatkowo można śledzić, co się dzieje z wybranymi fragmentami cząsteczek w czasie reakcji na podstawie zachowań odpowiednich fragmentów cząsteczki, które znakowane są izotopami. Ostatnim etapem badań jest zwykle weryfikacja eksperymentalna proponowanego mechanizmu, która polega na zmianach warunków reakcji, które według proponowanego mechanizmu powinny mieć na nią duży wpływ. Jedną z nowoczesnych technik badawczych są badania teoretyczne i modelowanie ścieżki reakcji. Są to metody tanie, jeżeli chodzi o użycie materiałów, ale wymagają znacznego nakładu intelektualnego w celu opracowania pełnej ścieżki reakcji chemicznej.
Modelowanie mechanizmu chemicznego poznamy na przykładzie znajdowania dwóch ważnych etapów: stanu przejściowego oraz produktu pośredniego.