ปฏิกิริยาเคมีเป็นกระบวนการที่นำไปสู่ การเปลี่ยนแปลง ทางเคมีของสารเคมี ชุดหนึ่ง ไปเป็นอีกชุดหนึ่ง^{[ 1 ]}เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีอะตอมจะถูกจัดเรียงใหม่ และปฏิกิริยาจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานในขณะที่ผลิตภัณฑ์ใหม่ถูกสร้างขึ้น ตามหลักการแล้ว ปฏิกิริยาเคมีครอบคลุมการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งของอิเล็กตรอนในการสร้างและสลายพันธะเคมีระหว่างอะตอม เท่านั้น โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียส (ไม่มีการเปลี่ยนแปลงธาตุที่มีอยู่) และมักจะสามารถอธิบายได้ด้วยสมการเคมีเคมีนิวเคลียร์เป็นสาขาย่อยของเคมีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีของธาตุที่ไม่เสถียรและกัมมันตรังสีซึ่งสามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงทั้งอิเล็กตรอนและนิวเคลียร์ได้

สาร (หรือสารต่างๆ) ที่เกี่ยวข้องในขั้นต้นของปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าสารตั้งต้นหรือสารทำปฏิกิริยาปฏิกิริยาเคมีมักมีลักษณะเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี และให้ผลผลิตอย่างน้อยหนึ่งอย่างซึ่งโดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติแตกต่างจากสารตั้งต้น ปฏิกิริยามักประกอบด้วยลำดับของขั้นตอนย่อยแต่ละขั้นตอน เรียกว่าปฏิกิริยา พื้นฐาน และข้อมูลเกี่ยวกับลำดับการกระทำที่แม่นยำเป็นส่วนหนึ่งของกลไกปฏิกิริยาปฏิกิริยาเคมีอธิบายได้ด้วยสมการเคมีซึ่งแสดงถึงสารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์สุดท้าย และบางครั้งผลิตภัณฑ์ขั้นกลางและสภาวะของปฏิกิริยาในเชิงสัญลักษณ์

ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นด้วยอัตราการเกิดปฏิกิริยา ที่เฉพาะเจาะจง ณ อุณหภูมิและความเข้มข้นของสารเคมีที่กำหนด ปฏิกิริยาบางอย่างก่อให้เกิดความร้อนและเรียกว่าปฏิกิริยาคายความร้อนในขณะที่ปฏิกิริยาอื่นๆ อาจต้องการความร้อนเพื่อให้เกิดปฏิกิริยา ซึ่งเรียกว่าปฏิกิริยาดูดความร้อน โดยทั่วไป อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากมี พลังงานความร้อนมากขึ้นที่จะไปถึงพลังงานกระตุ้นที่จำเป็นสำหรับการสลายพันธะระหว่างอะตอม

ปฏิกิริยาอาจแบ่งออกเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน (redox)ซึ่ง เกิด การออกซิเดชันและรีดักชันหรือปฏิกิริยาที่ไม่ใช่ออกซิเดชัน-รีดักชัน (non-redox) ซึ่งไม่มีการออกซิเดชันและรีดักชันเกิดขึ้น ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันอย่างง่ายส่วนใหญ่สามารถจำแนกได้เป็นปฏิกิริยาการรวมตัว ปฏิกิริยาการสลายตัว หรือปฏิกิริยาการแทนที่แบบเดี่ยว

ใน กระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี นั้น มีการใช้ปฏิกิริยาเคมีที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ในทางชีวเคมีชุดของปฏิกิริยาเคมีต่อเนื่อง (โดยที่ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาหนึ่งเป็นสารตั้งต้นของปฏิกิริยาถัดไป) ก่อให้เกิดวิถีเมตาบอลิ ซึม ปฏิกิริยาเหล่านี้มักถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ โปรตีน เอนไซม์ช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมี ทำให้ การสังเคราะห์และการสลายตัว ของเมตาบอลิ ซึมที่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะปกติ สามารถเกิดขึ้น ได้ที่อุณหภูมิและความเข้มข้นภายในเซลล์

แนวคิดทั่วไปของปฏิกิริยาเคมีได้ถูกขยายไปสู่ปฏิกิริยาระหว่างสิ่งที่มีขนาดเล็กกว่าอะตอม รวมถึงปฏิกิริยานิวเคลียร์การสลายตัวของกัมมันตรังสีและปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคพื้นฐานดังที่อธิบายไว้ในทฤษฎีสนามควอนตัม

ปฏิกิริยาเคมี เช่น การเผาไหม้ในไฟการหมักและการลดแร่ให้เป็นโลหะ เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ ทฤษฎีเบื้องต้นเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของวัสดุได้รับการพัฒนาโดยนักปรัชญากรีก เช่นทฤษฎีธาตุทั้งสี่ของเอมเปโดคลีสซึ่งระบุว่าสารใดๆ ประกอบด้วยธาตุพื้นฐานสี่อย่าง ได้แก่ ไฟ น้ำ อากาศ และดิน ในยุคกลางนักเล่นแร่แปรธาตุได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางเคมีโดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาพยายามเปลี่ยนตะกั่วให้เป็นทองคำซึ่งพวกเขาใช้ปฏิกิริยาของตะกั่วและโลหะผสมตะกั่ว-ทองแดงกับกำมะถัน^{[ 2 ]}

การผลิตสารเคมีเทียมเป็นเป้าหมายหลักของนักเล่นแร่แปรธาตุในยุคกลางอยู่แล้ว^{[ 3 ]}ตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์แอมโมเนียมคลอไรด์จากสารอินทรีย์ตามที่อธิบายไว้ในงานเขียน (ประมาณ ค.ศ. 850–950) ที่เชื่อกันว่าเป็นผลงานของJābir ibn Ḥayyān [ ^{4 ]}หรือการผลิตกรดแร่เช่น กรด ซัลฟิวริกและกรดไนตริก โดยนัก ^{เล่นแร่แปรธาตุ}รุ่นหลัง เริ่มตั้งแต่ประมาณ ค.ศ. 1300 ^{[ 5 ]}การผลิตกรดแร่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่แร่ซัลเฟตและไนเตรต เช่นคอปเปอร์ซัลเฟตสารส้มและดินประสิวในศตวรรษที่ 17 Johann Rudolph Glauberได้ผลิตกรดไฮโดรคลอ ริก และโซเดียมซัลเฟตโดยการทำปฏิกิริยาระหว่างกรดซัลฟิวริกและโซเดียมคลอไรด์ ด้วยการพัฒนาของกระบวนการห้องตะกั่วในปี 1746 และกระบวนการเลอบลองก์ซึ่งทำให้สามารถผลิตกรดซัลฟิวริกและโซเดียมคาร์บอเนต ในปริมาณมาก ได้ ปฏิกิริยาเคมีจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม การปรับปรุงเทคโนโลยีการผลิตกรดซัลฟิวริกให้ดียิ่งขึ้นส่งผลให้เกิดกระบวนการสัมผัสในช่วงปี 1880 ^{[ 6 ]}และกระบวนการฮาเบอร์ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี 1909–1910 สำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย^{[ 7 ]}

ตั้งแต่ศตวรรษที่ 16 นักวิจัยหลายคน รวมถึงJan Baptist van Helmont , Robert BoyleและIsaac Newtonพยายามที่จะสร้างทฤษฎีของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่สังเกตได้จากการทดลองทฤษฎีฟลอจิสตันถูกเสนอขึ้นในปี 1667 โดยJohann Joachim Becherโดยตั้งสมมติฐานว่ามีธาตุคล้ายไฟที่เรียกว่า "ฟลอจิสตัน" ซึ่งบรรจุอยู่ในวัตถุที่ติดไฟได้และถูกปล่อยออกมาในระหว่างการเผาไหม้ทฤษฎีนี้ได้รับการพิสูจน์ว่าไม่ถูกต้องในปี 1785 โดยAntoine Lavoisierซึ่งพบคำอธิบายที่ถูกต้องของการเผาไหม้ว่าเป็นปฏิกิริยากับออกซิเจนจากอากาศ^{[ 8 ]}

โจเซฟ หลุยส์ เกย์-ลูแซคตระหนักในปี พ.ศ. 2351 ว่าก๊าซจะทำปฏิกิริยากันในความสัมพันธ์ที่แน่นอนเสมอ โดยอิงจากแนวคิดนี้และทฤษฎีอะตอมของจอห์น ดาลตันโจเซฟ พรูสต์ได้พัฒนากฎสัดส่วนที่แน่นอน^ซึ่งต่อมากลายเป็นแนวคิดของสโตอิคิโอเมตรีและสมการเคมี [ ^{9 ]}

ในส่วนของเคมีอินทรีย์นั้นมีความเชื่อกันมานานแล้วว่าสารประกอบที่ได้จากสิ่งมีชีวิตมีความซับซ้อนเกินกว่าจะสังเคราะห์ขึ้นได้ตามแนวคิดเรื่องพลังชีวิตอินทรีย์สารนั้นมี "พลังชีวิต" และแตกต่างจากสารอนินทรีย์ อย่างไรก็ตาม การแบ่งแยกนี้ได้สิ้นสุดลงด้วยการสังเคราะห์ยูเรียจากสารตั้งต้นอนินทรีย์โดย ฟรี ดริช โวห์เลอร์ในปี ค.ศ. 1828 นักเคมีคนอื่นๆ ที่มีส่วนสำคัญต่อเคมีอินทรีย์ ได้แก่อเล็กซานเดอร์ วิลเลียม วิลเลียม สัน กับการสังเคราะห์อีเทอร์และคริสโตเฟอร์ เคลก อิงโกลด์ซึ่งในบรรดาการค้นพบมากมายนั้น ได้วางกลไกของปฏิกิริยาการแทนที่ไว้ด้วย

ปฏิกิริยาเคมีบางอย่างมีลักษณะเฉพาะดังนี้:

• วิวัฒนาการของก๊าซ
• การก่อตัวของตะกอน
• การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
• การเปลี่ยนแปลงสถานะ

สมการเคมีใช้เพื่อแสดงภาพปฏิกิริยาเคมี โดยประกอบด้วยสูตรเคมีหรือโครงสร้างของสารตั้งต้นทางด้านซ้ายและสูตรของผลิตภัณฑ์ทางด้านขวา คั่นด้วยลูกศร (→) ซึ่งแสดงทิศทางและประเภทของปฏิกิริยา ลูกศรนี้อ่านว่า "ให้ผลผลิต" ^{[ 10 ]}ปลายลูกศรชี้ไปในทิศทางที่ปฏิกิริยาดำเนินไป ลูกศรคู่ ( ⇌ ) ที่ชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามใช้สำหรับปฏิกิริยาสมดุล สมการควรสมดุลตามสัดส่วนของสาร จำนวนอะตอมของแต่ละชนิดควรเท่ากันทั้งสองข้างของสมการ ซึ่งทำได้โดยการปรับขนาดจำนวนโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง (A, B, C และ D ในตัวอย่างแผนภาพด้านล่าง) ด้วยจำนวนเต็มa, b, cและd ที่ เหมาะสม^{[ 11 ]}

a A + b B → c C + d D

ปฏิกิริยาที่ซับซ้อนกว่าจะแสดงด้วยแผนผังปฏิกิริยา ซึ่งนอกจากจะแสดงสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์แล้ว ยังแสดงสารตัวกลางหรือสถานะเปลี่ยนผ่าน ที่สำคัญ อีกด้วย นอกจากนี้ ยังสามารถระบุส่วนประกอบเพิ่มเติมเล็กน้อยในปฏิกิริยาไว้เหนือลูกศรแสดงปฏิกิริยาได้ ตัวอย่างเช่น น้ำ ความร้อน แสงสว่าง ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นต้น ในทำนองเดียวกัน ผลิตภัณฑ์เล็กน้อยบางอย่างสามารถวางไว้ใต้ลูกศรได้ โดยมักจะมีเครื่องหมายลบกำกับอยู่ด้วย

การวิเคราะห์แบบย้อนกลับสามารถนำไปใช้ในการออกแบบปฏิกิริยาการสังเคราะห์ที่ซับซ้อนได้ โดยการวิเคราะห์จะเริ่มต้นจากผลิตภัณฑ์ เช่น โดยการแยกพันธะเคมีที่เลือกไว้ เพื่อให้ได้สารตั้งต้นที่เป็นไปได้ ลูกศรพิเศษ (⇒) จะถูกใช้ในปฏิกิริยาย้อนกลับ^{[ 12 ]}

ปฏิกิริยาพื้นฐานคือหน่วยย่อยที่เล็กที่สุดที่สามารถแยกย่อยปฏิกิริยาเคมีได้ โดยไม่มีผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง^{[ 13 ]}ปฏิกิริยาที่สังเกตได้จากการทดลองส่วนใหญ่ประกอบขึ้นจากปฏิกิริยาพื้นฐานหลายอย่างที่เกิดขึ้นพร้อมกันหรือตามลำดับ ลำดับที่แท้จริงของปฏิกิริยาพื้นฐานแต่ละรายการเรียกว่ากลไกปฏิกิริยา ปฏิกิริยาพื้นฐานเกี่ยวข้องกับโมเลกุลเพียงไม่กี่ตัว โดยปกติจะเป็นหนึ่งหรือสองตัว เนื่องจากความน่าจะเป็นที่โมเลกุลหลายตัวจะมาเจอกันในเวลาเดียวกันนั้นต่ำ^{[ 14 ]}

ปฏิกิริยาพื้นฐานที่สำคัญที่สุดคือปฏิกิริยาแบบโมเลกุลเดี่ยวและแบบโมเลกุลคู่ ปฏิกิริยาแบบโมเลกุลเดี่ยวเกี่ยวข้องกับโมเลกุลเพียงหนึ่งโมเลกุล โดยโมเลกุลนั้นจะถูกเปลี่ยนรูปโดยการไอโซเมอไรเซชันหรือการแตกตัวเป็นโมเลกุลอื่นหนึ่งโมเลกุลหรือมากกว่า ปฏิกิริยาดังกล่าวต้องใช้พลังงานในรูปของความร้อนหรือแสง ตัวอย่างทั่วไปของปฏิกิริยาแบบโมเลกุลเดี่ยวคือการไอโซเมอไรเซชันแบบซิส - ทรานส์ซึ่ง รูปแบบ ซิสของสารประกอบจะเปลี่ยนเป็น รูปแบบ ทรานส์หรือในทางกลับกัน^{[ 15 ]}

ใน ปฏิกิริยา การแตกตัว ทั่วไป พันธะในโมเลกุลจะแตกออก ( ฉีกขาด ) ส่งผลให้เกิดชิ้นส่วนโมเลกุลสองชิ้น การแตกตัวอาจเป็นแบบโฮโมไลติกหรือเฮเทอโรไลติกในกรณีแรก พันธะจะถูกแบ่งออกโดยที่แต่ละผลิตภัณฑ์ยังคงมีอิเล็กตรอนอยู่หนึ่งตัวและกลายเป็นอนุมูล อิสระที่เป็นกลาง ในกรณีที่สอง อิเล็กตรอนทั้งสองของพันธะเคมีจะยังคงอยู่กับผลิตภัณฑ์ชิ้นใดชิ้นหนึ่ง ส่งผลให้เกิดไอออน ที่มีประจุ การแตกตัวมีบทบาทสำคัญในการกระตุ้นปฏิกิริยาลูกโซ่เช่น ปฏิกิริยา ไฮโดรเจน-ออกซิเจนหรือปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน

${\displaystyle {\ce {AB -> A + B}}}$

การแตกตัวของโมเลกุล AB ออกเป็นชิ้นส่วน A และ B

สำหรับ ปฏิกิริยา ระหว่างโมเลกุลสองตัว โมเลกุลทั้งสองจะชนกันและทำปฏิกิริยากัน การรวมตัวของโมเลกุลทั้งสองนี้เรียกว่าการสังเคราะห์ทางเคมีหรือปฏิกิริยาการเติม

${\displaystyle {\ce {A + B -> AB}}}$

อีกความเป็นไปได้หนึ่งคือ การถ่ายโอนเพียงบางส่วนของโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง ปฏิกิริยาประเภทนี้เกิดขึ้น เช่น ใน ปฏิกิริยา ออกซิเดชัน-รีดักชันและปฏิกิริยากรด-เบส ในปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน อนุภาคที่ถูกถ่ายโอนคืออิเล็กตรอน ในขณะที่ในปฏิกิริยากรด-เบสคือโปรตอน ปฏิกิริยาประเภทนี้เรียกอีกอย่างว่าเมตาธีซิส

${\displaystyle {\ce {HA + B -> A + HB}}}$

ตัวอย่างเช่น:

${\displaystyle {\ce {NaCl + AgNO3 -> NaNO3 + AgCl(v)}}}$

ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่สามารถย้อนกลับได้ กล่าวคือ สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งสองทิศทาง ปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับแข่งขันกันและมีอัตราการเกิดปฏิกิริยา ที่แตกต่างกัน อัตราเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและเปลี่ยนแปลงไปตามเวลาของปฏิกิริยา อัตราย้อนกลับจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นและเท่ากับอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้า ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าสมดุลทางเคมี เวลาที่ใช้ในการถึงสมดุลขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และวัสดุที่เกี่ยวข้อง และถูกกำหนดโดยพลังงานอิสระขั้นต่ำในสภาวะสมดุลพลังงานอิสระของกิบส์ของปฏิกิริยาต้องเป็นศูนย์ ความขึ้นอยู่กับความดันสามารถอธิบายได้ด้วยหลักการของเลอชาเตลิเยร์ตัวอย่างเช่น การเพิ่มขึ้นของความดันเนื่องจากปริมาตรที่ลดลงทำให้ปฏิกิริยาเปลี่ยนไปทางด้านที่มีโมลของแก๊สน้อยกว่า^{[ 16 ]}

ผลผลิตของปฏิกิริยาจะคงที่เมื่อถึงสภาวะสมดุล แต่สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการนำผลิตภัณฑ์ออกจากส่วนผสมของปฏิกิริยา หรือเปลี่ยนแปลงได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิหรือความดัน การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นไม่มีผลต่อค่าคงที่สมดุล แต่มีผลต่อตำแหน่งสมดุล

ปฏิกิริยาเคมีถูกกำหนดโดยกฎของเทอร์โมไดนามิกส์ปฏิกิริยาสามารถดำเนินไปได้เองหากเป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน นั่นคือหากปล่อยพลังงานอิสระ การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงของปริมาณเทอร์โมไดนามิกส์สองชนิดที่แตกต่างกัน คือเอนทัลปีและเอนโทรปี : ^{[ 17 ]}

${\displaystyle \Delta G=\Delta HT\cdot \Delta S}$.

G : พลังงานอิสระ, H : เอนทาลปี, T : อุณหภูมิ, S : เอนโทรปี, Δ : ผลต่าง (การเปลี่ยนแปลงระหว่างค่าเดิมกับค่าหลังการแปลง)

ปฏิกิริยาอาจเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนซึ่ง ΔH มีค่าเป็นลบและมีการปล่อยพลังงานออกมา ตัวอย่างทั่วไปของปฏิกิริยาคายความร้อน ได้แก่การเผาไหม้การตกตะกอนและการตกผลึกซึ่งของแข็งที่มีระเบียบจะเกิดขึ้นจากสถานะก๊าซหรือของเหลวที่ไม่มีระเบียบ ในทางตรงกันข้าม ใน ปฏิกิริยา ดูดความร้อน ความร้อนจะถูกดึงมาจากสิ่งแวดล้อม ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้โดยการเพิ่มเอนโทรปีของระบบ มักเกิดขึ้นผ่านการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นก๊าซหรือละลาย ซึ่งมีเอนโทรปีสูงกว่า เนื่องจากเทอมเอนโทรปีในการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ปฏิกิริยาดูดความร้อนหลายอย่างจึงเกิดขึ้นได้ดีที่อุณหภูมิสูง ในทางตรงกันข้าม ปฏิกิริยาคายความร้อนหลายอย่าง เช่น การตกผลึก เกิดขึ้นได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิบางครั้งสามารถเปลี่ยนเครื่องหมายของเอนทัลปีของปฏิกิริยาได้ เช่น การลดโมลิบเดนัมไดออกไซด์ ด้วย คาร์บอนมอนอกไซด์

${\displaystyle {\ce {2CO(g) + MoO2(s) -> 2CO2(g) + Mo(s)}}}$;${\displaystyle \Delta H^{o}=+21.86\ {\text{kJ ที่ 298 K}}}$

ปฏิกิริยาการสร้างคาร์บอนไดออกไซด์และโมลิบเดนัม นี้ เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ และจะดูดความร้อนน้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น^{[ 18 ]} Δ H ° เป็นศูนย์ที่1855 K และปฏิกิริยาจะกลายเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนเมื่ออุณหภูมิสูงกว่านั้น

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิยังสามารถเปลี่ยนทิศทางการเกิดปฏิกิริยาได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซน้ำ (water gas shift reaction ):

${\displaystyle {\ce {CO(g) + H2O({v}) <=> CO2(g) + H2(g)}}}$

ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ แต่ปฏิกิริยาตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นได้ดีที่อุณหภูมิสูง การเปลี่ยนแปลงทิศทางของปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่1100  K . ^{[ 18 ]}

ปฏิกิริยายังสามารถระบุลักษณะได้ด้วย การเปลี่ยนแปลง พลังงานภายในซึ่งคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปี ปริมาตร และศักยภาพทาง เคมี ศักยภาพ ทางเคมีนั้นขึ้นอยู่กับกิจกรรมของสารที่เกี่ยวข้องด้วย^{[ 19 ]}

${\displaystyle {d}U=T\cdot {d}Sp\cdot {d}V+\mu \cdot {d}n}$

U : พลังงานภายใน, S : เอนโทรปี, p : ความดัน, μ : ศักย์เคมี, n : จำนวนโมเลกุล, d : เครื่องหมายการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย

จลนศาสตร์ปฏิกิริยาศึกษาความเร็วในการเกิด ปฏิกิริยา อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น:

• ความเข้มข้น ของสารตั้งต้นมักจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเร็วขึ้นหากความเข้มข้นสูงขึ้นเนื่องจากจำนวนการชนกันต่อหน่วยเวลาเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาบางอย่างมีอัตราการเกิดที่ไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น เนื่องจากมีจำนวนตำแหน่งเร่งปฏิกิริยาจำกัด ปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่าปฏิกิริยาอันดับศูนย์
• พื้นที่ผิวที่พร้อมสำหรับการสัมผัสระหว่างสารตั้งต้น โดยเฉพาะสารที่เป็นของแข็งในระบบที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน พื้นที่ผิวที่มากขึ้นจะนำไปสู่ปฏิกิริยาอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สูงขึ้น
• ความดัน – การเพิ่มความดันจะลดปริมาตรระหว่างโมเลกุล และส่งผลให้ความถี่ในการชนกันระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น
• พลังงานกระตุ้นคือปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเริ่มต้นและดำเนินปฏิกิริยาต่อไปได้เองโดยธรรมชาติ พลังงานกระตุ้นที่สูงขึ้นหมายความว่าสารตั้งต้นต้องการพลังงานมากกว่าในการเริ่มต้นปฏิกิริยา เมื่อเทียบกับปฏิกิริยาที่มีพลังงานกระตุ้นต่ำกว่า
• อุณหภูมิเป็นปัจจัยที่เร่งปฏิกิริยาหากสูงขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเพิ่มพลังงานของโมเลกุล ทำให้เกิดการชนกันมากขึ้นต่อหน่วยเวลา
• การมีหรือไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นสารที่สร้างพันธะอ่อนๆ กับสารตั้งต้นหรือสารตัวกลาง และเปลี่ยนแปลงเส้นทาง (กลไก) ของปฏิกิริยา ซึ่งจะเพิ่มความเร็วของปฏิกิริยาโดยการลดพลังงานกระตุ้นที่จำเป็นสำหรับการเกิดปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่ถูกทำลายหรือเปลี่ยนแปลงในระหว่างปฏิกิริยา ดังนั้นจึงสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
• สำหรับปฏิกิริยาบางชนิด การมีอยู่ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งแสงอัลตราไวโอเลตเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อส่งเสริมการแตกตัวของพันธะเพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับอนุมูลอิสระ

ทฤษฎีหลายทฤษฎีช่วยให้สามารถคำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาในระดับโมเลกุลได้ สาขานี้เรียกว่าพลศาสตร์ของปฏิกิริยาอัตราvของปฏิกิริยาอันดับหนึ่งซึ่งอาจเป็นการสลายตัวของสาร A นั้น กำหนดโดย:

${\displaystyle v=-{\frac {d[{\ce {A}}]}{dt}}=k\cdot [{\ce {A}}].}$

ผลลัพธ์จากการบูรณาการมีดังนี้:

${\displaystyle {\ce {[A]}}(t)={\ce {[A]}}_{0}\cdot e^{-k\cdot t}.}$

ในที่นี้kคือค่าคงที่อัตราอันดับหนึ่ง ซึ่งมีมิติเป็น 1/เวลา, [A]( t ) คือความเข้มข้น ณ เวลาtและ [A] คือความเข้มข้นเริ่มต้น อัตราของปฏิกิริยาอันดับหนึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและคุณสมบัติของสารที่เกี่ยวข้องเท่านั้น และปฏิกิริยานั้นสามารถอธิบายได้ด้วยครึ่งชีวิต ที่เป็นลักษณะเฉพาะ จำเป็นต้องใช้ค่าคงที่เวลามากกว่าหนึ่งค่าเมื่ออธิบายปฏิกิริยาที่มีอันดับสูงกว่า ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับค่าคงที่อัตรามักเป็นไปตามสมการของ Arrhenius :

${\displaystyle k=k_{0}e^{{-E_{a}}/{k_{B}T}}}$

โดยที่E คือพลังงานกระตุ้น และk คือค่าคงที่ของ Boltzmannหนึ่งในแบบจำลองที่ง่ายที่สุดของอัตราการเกิดปฏิกิริยาคือทฤษฎีการชน แบบจำลองที่สมจริงยิ่งขึ้นได้รับการปรับแต่งให้เข้ากับปัญหาเฉพาะ และรวมถึงทฤษฎีสถานะการเปลี่ยนผ่าน การคำนวณพื้นผิวพลังงานศักยภาพทฤษฎีMarcusและ ทฤษฎี Rice–Ramsperger–Kassel–Marcus ( RRKM ) ^{[ 20 ]}

ในการเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาไม่ได้ดำเนินไปโดยตรง แต่ผ่านปฏิกิริยากับสารตัวที่สามที่เรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาแม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาโดยการสร้างพันธะที่อ่อนแอกับสารตั้งต้นหรือสารตัวกลาง แต่เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาจะกลับคืนสู่สถานะเดิมและจึงไม่ถูกใช้หมดไป อย่างไรก็ตาม ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถถูกยับยั้ง ทำให้ไม่ทำงาน หรือถูกทำลายโดยกระบวนการรอง ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถใช้ในเฟสที่แตกต่างกัน (แบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ) หรือในเฟสเดียวกัน ( แบบเป็นเนื้อเดียวกัน ) กับสารตั้งต้น ในการเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน กระบวนการรองทั่วไป ได้แก่ การเกิดคาร์บอน สะสมซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกปกคลุมด้วย ผลิตภัณฑ์ข้างเคียง ที่เป็นพอลิเมอร์นอกจากนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันสามารถละลายลงในสารละลายในระบบของแข็ง-ของเหลว หรือระเหยในระบบของแข็ง-ก๊าซ ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเร่งปฏิกิริยาได้เท่านั้น สารเคมีที่ทำให้ปฏิกิริยาช้าลงเรียกว่าสารยับยั้ง^{[ 41 ] [ 42 ]}สารที่เพิ่มกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่าสารส่งเสริม และสารที่ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ทำงานเรียกว่าสารพิษเร่งปฏิกิริยา ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่ถูกยับยั้งทางจลนศาสตร์เนื่องจากพลังงานกระตุ้นสูง สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องคำนึงถึงพลังงานกระตุ้นนั้น

ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันมักเป็นของแข็ง บดเป็นผงเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวให้สูงสุด โลหะ กลุ่มแพลทินัมและโลหะทรานซิชันอื่นๆ มีความสำคัญเป็นพิเศษในการเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งใช้ในการไฮโดรจี เนชัน การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาและในการสังเคราะห์สารเคมีพื้นฐาน เช่นกรดไนตริกและแอมโมเนียกรดเป็นตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งช่วยเพิ่มความเป็นนิวคลีโอฟิลของคาร์บอนิลทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้หากใช้สารอิเล็กโทรฟิล ข้อดีของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเป็นเนื้อเดียวกันคือการผสมกับสารตั้งต้นได้ง่าย แต่ก็อาจแยกออกจากผลิตภัณฑ์ได้ยากเช่นกัน ดังนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันจึงเป็นที่นิยมในกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายอย่าง^{[ 43 ]}

ในเคมีอินทรีย์นอกเหนือจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน รีดักชัน หรือปฏิกิริยากรด-เบสแล้ว ยังมีปฏิกิริยาอื่นๆ อีกหลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมคาร์บอนหรือคาร์บอนกับอะตอมอื่นๆ (เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน ฮาโลเจนเป็นต้น) ปฏิกิริยาเฉพาะหลายอย่างในเคมีอินทรีย์ได้ รับการตั้ง ชื่อตามผู้ค้นพบ

หนึ่งในปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมคือการแตกตัวของไฮโดรคาร์บอน หนัก ในโรงกลั่นน้ำมันเพื่อสร้างโมเลกุลที่เล็กกว่าและเรียบง่ายกว่า กระบวนการนี้ใช้ในการผลิตน้ำมันเบนซินปฏิกิริยาอินทรีย์เฉพาะประเภทอาจถูกจัดกลุ่มตามกลไกการเกิดปฏิกิริยา (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแทนที่ การเติม และการกำจัด) หรือตามประเภทของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น (ตัวอย่างเช่นการ เติมหมู่ เมทิล การพอลิเมอไรเซชันและการเติมหมู่ฮาโลเจน )

การทดแทน

ในปฏิกิริยาการแทนที่หมู่ฟังก์ชันในสารประกอบเคมี เฉพาะ จะถูกแทนที่ด้วยหมู่อื่น^{[ 44 ]}ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถแยกแยะได้ตามประเภทของสารที่แทนที่ เป็นการแทนที่แบบนิวคลีโอฟิลิกอิเล็กโทรฟิลิกหรือแบบอนุมูลอิสระ

กลไกS

กลไกS

ในปฏิกิริยาประเภทแรกนิวคลีโอไฟล์ ซึ่งเป็นอะตอมหรือโมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนส่วนเกินและมีประจุลบหรือประจุบางส่วนจะเข้ามาแทนที่อะตอมหรือส่วนใดส่วนหนึ่งของโมเลกุล " สารตั้งต้น " คู่ของอิเล็กตรอนจากนิวคลีโอไฟล์จะเข้าโจมตีสารตั้งต้น ก่อให้เกิดพันธะใหม่ ในขณะที่หมู่ที่หลุดออกไปจะออกมาพร้อมกับคู่ของอิเล็กตรอน นิวคลีโอไฟล์อาจเป็นกลางทางไฟฟ้าหรือมีประจุลบ ในขณะที่สารตั้งต้นโดยทั่วไปจะเป็นกลางทางไฟฟ้าหรือมีประจุบวก ตัวอย่างของนิวคลีโอไฟล์ ได้แก่ไอออนไฮดรอก ไซด์ แอลคอกไซด์เอมีนและเฮไลด์ปฏิกิริยาประเภทนี้พบได้ส่วนใหญ่ในไฮโดรคาร์บอนแบบอะลิฟาติกและพบได้น้อยในไฮโดรคาร์บอนแบบอะโรมาติก ไฮโดรคาร์บอนแบบอะโรมาติกมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูง และจะเกิด ปฏิกิริยาการ แทนที่แบบนิวคลีโอฟิลิกในอะโรมาติก ได้ก็ต่อเมื่อมี หมู่ดึงอิเล็กตรอนที่แรงมากเท่านั้นการแทนที่แบบนิวคลีโอฟิลิกสามารถเกิดขึ้นได้ด้วยกลไกสองแบบ คือS </sub>1และS <sub> 2ในชื่อของพวกเขา S หมายถึงการแทนที่ N หมายถึงนิวคลีโอฟิลิก และตัวเลขแสดงถึงลำดับจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา โมเลกุลเดี่ยวหรือโมเลกุลคู่^{[ 45 ]}

สามขั้นตอนของปฏิกิริยาSN2 วคลีโอไฟล์เป็นสีเขียว และหมู่ที่หลุดออกมีสีแดง

ปฏิกิริยาS

ปฏิกิริยา S 1 ดำเนินไปในสองขั้นตอน ขั้นแรกหมู่ที่หลุดออกจะถูกกำจัดออกไป ทำให้เกิดคาร์โบแคตไอออนจากนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับนิวคลีโอไฟล์^{[ 46 ]}

ในกลไก S 2 นิวคลีโอไฟล์จะสร้างสถานะเปลี่ยนผ่านกับโมเลกุลที่ถูกโจมตี จากนั้นกลุ่มที่หลุดออกจึงจะถูกแยกออก กลไกทั้งสองนี้แตกต่างกันในสเตอริโอเคมีของผลิตภัณฑ์ S 1 นำไปสู่การเติมที่ไม่เฉพาะเจาะจงสเตอริโอและไม่ส่งผลให้เกิดศูนย์ไครัลแต่ส่งผลให้เกิดชุดของไอโซเมอร์ทางเรขาคณิต ( ซิส/ทรานส์ ) ในทางตรงกันข้าม การกลับทิศทาง ( การผกผันของวอลเดน ) ของสเตอริโอเคมีที่มีอยู่ก่อนหน้านี้จะถูกสังเกตในกลไก S 2 ^{[ 47 ]}

การแทนที่ด้วยอิเล็กโทรฟิลเป็นปฏิกิริยาตรงข้ามกับการแทนที่ด้วยนิวคลีโอฟิล โดยที่อะตอมหรือโมเลกุลที่เข้าโจมตี ซึ่งเรียกว่า อิเล็กโทรฟิลมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ำและมีประจุบวก อิเล็กโทรฟิลทั่วไปคืออะตอมคาร์บอนของหมู่คาร์บอนิลคาร์โบแคตไอออน หรือซัลเฟอร์หรือ ไนโต รเนียมแคตไอออน ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเกือบเฉพาะในไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก ซึ่งเรียกว่าการแทนที่อะโรมาติกด้วยอิเล็กโทรฟิล การโจมตีของอิเล็กโทรฟิลส่งผลให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า σ-คอมเพล็กซ์ ซึ่งเป็นสถานะเปลี่ยนผ่านที่ระบบอะโรมาติกถูกกำจัดออกไป จากนั้นหมู่ที่หลุดออกไป ซึ่งโดยปกติคือโปรตอน จะถูกแยกออกและอะโรมาติกจะกลับคืนมา ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการแทนที่อะโรมาติกคือการแทนที่อะลิฟาติกด้วยอิเล็กโทรฟิล ซึ่งคล้ายกับการแทนที่อะลิฟาติกด้วยนิวคลีโอฟิลและมีสองประเภทหลักเช่นกัน^คือและ^[ 48 ^]

ในปฏิกิริยาการแทนที่ประเภทที่สาม คือการแทนที่แบบอนุมูลอิสระ อนุภาคที่เข้าโจมตีคืออนุมูลอิสระ[ ^{44 ] กระบวนการ}นี้มักเกิดขึ้นในรูปแบบของปฏิกิริยาลูกโซ่เช่น ในปฏิกิริยาของแอลเคนกับฮาโลเจนในขั้นตอนแรก แสงหรือความร้อนจะทำให้โมเลกุลที่มีฮาโลเจนแตกตัว ทำให้เกิดอนุมูลอิสระ จากนั้นปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปเรื่อยๆ จนกระทั่งอนุมูลอิสระสองตัวมาพบกันและรวมตัวกัน^{[ 49 ]}

${\displaystyle {\ce {X. + RH -> XH + R.}}}$

${\displaystyle {\ce {R. + X2 -> RX + X.}}}$

ปฏิกิริยาระหว่างปฏิกิริยาลูกโซ่ของการแทนที่แบบอนุมูลอิสระ

การบวกและการกำจัด

ปฏิกิริยาการเติมและปฏิกิริยาการกำจัด ซึ่งเป็นปฏิกิริยาคู่ตรงข้ามกัน เป็นปฏิกิริยาที่เปลี่ยนแปลงจำนวนหมู่แทนที่บนอะตอมคาร์บอน และสร้างหรือแยกพันธะหลายพันธะพันธะคู่และพันธะสามสามารถเกิดขึ้นได้โดยการกำจัดหมู่ที่หลุดออกที่เหมาะสม คล้ายกับการแทนที่แบบนิวคลีโอฟิลิก มีกลไกปฏิกิริยาที่เป็นไปได้หลายแบบซึ่งตั้งชื่อตามลำดับปฏิกิริยา ในกลไก E1 หมู่ที่หลุดออกจะถูกขับออกไปก่อน ทำให้เกิดคาร์โบแคตไอออน ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างพันธะคู่ ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับการกำจัดโปรตอน ( การดีโปรโตเนชัน ) ลำดับการหลุดออกจะกลับกันในกลไก E1cb กล่าวคือโปรตอนจะถูกแยกออกก่อน กลไกนี้ต้องอาศัยการมีส่วนร่วมของเบส^{[ 50 ]}เนื่องจากเงื่อนไขที่คล้ายคลึงกัน ปฏิกิริยาทั้งสองในการกำจัด E1 หรือ E1cb จึงแข่งขันกับการแทนที่ S 1 เสมอ ^{[ 51 ]}

การกำจัด E1

การกำจัด E1cb

กลไก E2 ยังต้องการเบสด้วย แต่ในกรณีนี้ การโจมตีของเบสและการกำจัดหมู่ที่หลุดออกไปจะเกิดขึ้นพร้อมกันและไม่ก่อให้เกิดตัวกลางไอออนิก ในทางตรงกันข้ามกับการกำจัดแบบ E1 การกำหนดค่าสเตอริโอเคมีที่แตกต่างกันเป็นไปได้สำหรับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในกลไก E2 เนื่องจากเบสจะโจมตีในตำแหน่งตรงข้ามกับหมู่ที่หลุดออกไปเป็นหลัก เนื่องจากเงื่อนไขและรีเอเจนต์ที่คล้ายคลึงกัน การกำจัดแบบ E2 จึงแข่งขันกับการแทนที่ S 2 เสมอ ^{[ 52 ]}

ปฏิกิริยาตรงข้ามกับการกำจัดคือการเติมซึ่งพันธะคู่หรือพันธะสามจะถูกแปลงเป็นพันธะเดี่ยว คล้ายกับปฏิกิริยาการแทนที่ มีการเติมหลายประเภทที่แตกต่างกันตามประเภทของอนุภาคที่เข้าโจมตี ตัวอย่างเช่น ในการเติมอิเล็กโทรไฟล์ของไฮโดรเจนโบรไมด์ อิเล็กโทรไฟล์ (โปรตอน) จะเข้าโจมตีพันธะคู่ทำให้เกิดคาร์โบแคตไอออน ซึ่งจากนั้นจะทำปฏิกิริยากับนิวคลีโอไฟล์ (โบรมีน) คาร์โบแคตไอออนสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งสองด้านของพันธะคู่ขึ้นอยู่กับกลุ่มที่ติดอยู่กับปลาย และสามารถทำนายโครงสร้างที่ต้องการได้ด้วยกฎของมาร์คอฟนิคอฟ [ ^{53 ] กฎ}นี้ระบุว่า "ในการเติมเฮเทอโรไลติกของโมเลกุลขั้วกับแอลคีนหรือแอลไคน์ อะตอม (หรือส่วน) ที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า (นิวคลีโอไฟล์) ของโมเลกุลขั้วจะติดอยู่กับอะตอมคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอมไฮโดรเจนน้อยกว่า" ^{[ 54 ]}

หากการเพิ่มหมู่ฟังก์ชันเกิดขึ้นที่อะตอมคาร์บอนที่มีการแทนที่น้อยกว่าของพันธะคู่ การแทนที่แบบอิเล็กโทรฟิลิกด้วยกรดจะเป็นไปไม่ได้ ในกรณีนี้ ต้องใช้ปฏิกิริยาไฮโดรโบเรชัน-ออกซิเดชันโดยในขั้นตอนแรก อะตอม ของโบรอนทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไฟล์และเพิ่มเข้าไปในอะตอมคาร์บอนที่มีการแทนที่น้อยกว่า ในขั้นตอนที่สอง ไฮโดรเปอร์ออกไซด์นิวคลีโอฟิลิกหรือแอนไอออน ของฮาโลเจน จะเข้าโจมตีอะตอมของโบรอน^{[ 55 ]}

ในขณะที่การเติมลงในอัลคีนและอัลไคน์ที่มีอิเล็กตรอนมากส่วนใหญ่เป็นแบบอิเล็กโทรฟิลิก การเติมแบบนิวคลี โอฟิลิก มีบทบาทสำคัญในพันธะคู่คาร์บอน-เฮเทอโรอะตอม โดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวแทนที่สำคัญที่สุดคือหมู่คาร์บอนิล กระบวนการนี้มักเกี่ยวข้องกับการกำจัด ดังนั้นหลังจากปฏิกิริยา หมู่คาร์บอนิลจึงปรากฏอีกครั้ง ดังนั้นจึงเรียกว่าปฏิกิริยาการเติม-การกำจัด และอาจเกิดขึ้นในอนุพันธ์ของกรดคาร์บอกซิลิก เช่น คลอไรด์ เอสเทอร์ หรือแอนไฮไดรด์ ปฏิกิริยานี้มักถูกเร่งปฏิกิริยาโดยกรดหรือเบส โดยที่กรดจะเพิ่มอิเล็กโทรฟิลิซิตี้ของหมู่คาร์บอนิลโดยการจับกับอะตอมออกซิเจน ในขณะที่เบสจะเพิ่มนิวคลีโอฟิลิซิตี้ของนิวคลีโอไฟล์ที่เข้าโจมตี^{[ 56 ]}

การเติมแบบนิวคลีโอ ฟิลิก ของคาร์บานไอออนหรือนิวคลีโอไฟล์ อื่น ไปยังพันธะคู่ของสารประกอบคาร์บอนิลอัลฟา เบตาไม่อิ่มตัวสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านปฏิกิริยาไมเคิลซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มการเติมแบบคอนจูเกต ขนาดใหญ่ วิธีนี้เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการสร้างพันธะ C–C อย่างอ่อนโยน^{[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}

การเติมบางอย่างที่ไม่สามารถดำเนินการได้ด้วยนิวคลีโอไฟล์และอิเล็กโทรไฟล์สามารถสำเร็จได้ด้วยอนุมูลอิสระ เช่นเดียวกับการแทนที่ด้วยอนุมูลอิสระการเติมอนุมูลอิสระดำเนินไปเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ และปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นพื้นฐานของพอ ลิเมอไรเซชัน ของอนุมูลอิสระ^{[ 60 ]}

กลไกปฏิกิริยาอินทรีย์อื่นๆ

กลไกของปฏิกิริยา Diels-Alder

การซ้อนทับของวงโคจรในปฏิกิริยา Diels-Alder

ในปฏิกิริยาการจัดเรียงตัวใหม่โครงสร้างคาร์บอนของโมเลกุลจะถูกจัดเรียงใหม่เพื่อให้ได้ไอโซเมอร์โครงสร้างของโมเลกุลเดิม ซึ่งรวมถึง ปฏิกิริยา การเคลื่อนย้ายไฮไดรด์เช่นการจัดเรียงตัวใหม่ของ Wagner-Meerweinซึ่งไฮโดรเจน หมู่แอ ลคิลหรือ หมู่ แอริลจะเคลื่อนย้ายจากคาร์บอนหนึ่งไปยังคาร์บอนข้างเคียง การจัดเรียงตัวใหม่ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการแตกและการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนใหม่ ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ปฏิกิริยาซิกมาโทรปิกเช่น การจัดเรียงตัว ใหม่ของ Cope ^{[ 61 ]}

Cyclic rearrangements include cycloadditions and, more generally, pericyclic reactions, wherein two or more double bond-containing molecules form a cyclic molecule. An important example of cycloaddition reaction is the Diels–Alder reaction (the so-called [4+2] cycloaddition) between a conjugated diene and a substituted alkene to form a substituted cyclohexene system.^[62]

Whether a certain cycloaddition would proceed depends on the electronic orbitals of the participating species, as only orbitals with the same sign of wave function will overlap and interact constructively to form new bonds. Cycloaddition is usually assisted by light or heat. These perturbations result in a different arrangement of electrons in the excited state of the involved molecules and therefore in different effects. For example, the [4+2] Diels-Alder reactions can be assisted by heat whereas the [2+2] cycloaddition is selectively induced by light.^[63] Because of the orbital character, the potential for developing stereoisomeric products upon cycloaddition is limited, as described by the Woodward–Hoffmann rules.^[64]

Biochemical reactions are mainly controlled by complex proteins called enzymes, which are usually specialized to catalyze only a single, specific reaction. The reaction takes place in the active site, a small part of the enzyme which is usually found in a cleft or pocket lined by amino acid residues, and the rest of the enzyme is used mainly for stabilization. The catalytic action of enzymes relies on several mechanisms including the molecular shape ("induced fit"), bond strain, proximity and orientation of molecules relative to the enzyme, proton donation or withdrawal (acid/base catalysis), electrostatic interactions and many others.^[65]

ปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตโดยรวมเรียกว่าเมตาบอลิซึม กลไกที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งคืออะนาโบลิซึมซึ่งกระบวนการต่างๆ ที่ควบคุมโดย DNAและเอนไซม์ส่งผลให้เกิดการสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่นโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตจากหน่วยย่อย^{[ 66 ]}ชีวพลังงานศึกษาแหล่งพลังงานสำหรับปฏิกิริยาดังกล่าว แหล่งพลังงานที่สำคัญคือกลูโคสและออกซิเจนซึ่งสามารถผลิตได้จากพืชผ่านการสังเคราะห์แสงหรือดูดซึมจากอาหารและอากาศตามลำดับ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดใช้พลังงานนี้ในการผลิตอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการให้พลังงานแก่ปฏิกิริยาอื่นๆ การย่อยสลายสารอินทรีย์โดยเชื้อราแบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่นๆก็อยู่ในขอบเขตของชีวเคมี เช่น กัน

ปฏิกิริยาเคมีเป็นหัวใจสำคัญของวิศวกรรมเคมีโดยใช้สำหรับการสังเคราะห์สารประกอบใหม่จากวัตถุดิบธรรมชาติ เช่นปิโตรเลียมแร่ธาตุและออกซิเจนในอากาศ การทำให้ปฏิกิริยามีประสิทธิภาพมากที่สุดเพื่อเพิ่มผลผลิตและลดจำนวนสารตั้งต้น พลังงานที่ใช้ และของเสียให้น้อยที่สุดเป็นสิ่งสำคัญตัวเร่งปฏิกิริยามีประโยชน์อย่างยิ่งในการลดพลังงานที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาและเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา^{[ 67 ] [ 68 ]}

ปฏิกิริยาเฉพาะบางอย่างมีการใช้งานเฉพาะด้าน ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยา เทอร์ไมต์ใช้ในการสร้างแสงและความร้อนในดอกไม้ไฟและการเชื่อมแม้ว่าจะควบคุมได้ยากกว่าการเชื่อมด้วยออกซิเจน-เชื้อเพลิงการเชื่อมด้วยไฟฟ้าและ การ เชื่อมแบบแฟลชแต่ก็ต้องการอุปกรณ์น้อยกว่ามาก และยังคงใช้ในการซ่อมรางรถไฟ โดยเฉพาะในพื้นที่ห่างไกล^{[ 69 ]}

กลไกการตรวจสอบปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาอย่างมาก กระบวนการที่ค่อนข้างช้าสามารถวิเคราะห์ได้ในสถานที่จริงเพื่อหาความเข้มข้นและเอกลักษณ์ของส่วนประกอบแต่ละชนิด เครื่องมือสำคัญสำหรับการวิเคราะห์แบบเรียลไทม์คือการวัดค่าpHและการวิเคราะห์สเปกตรัมการดูดกลืนแสง (สี) และการปล่อยแสง วิธีที่เข้าถึงได้ยากกว่าแต่ค่อนข้างมีประสิทธิภาพคือการนำไอโซโทปรังสีเข้าสู่ปฏิกิริยาและตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปและตำแหน่งที่มันเคลื่อนที่ไป วิธีนี้มักใช้ในการวิเคราะห์การกระจายตัวของสารในร่างกายมนุษย์ ปฏิกิริยาที่เร็วขึ้นมักจะศึกษาด้วยสเปกโทรสโกปีเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษโดยการใช้เลเซอร์เฟมโตวินาที ทำให้สามารถตรวจสอบสถานะการเปลี่ยนผ่านที่มีอายุสั้นได้ในเวลาที่ลดลงเหลือเพียงไม่กี่เฟมโตวินาที^{[ 70 ]}

• สมการเคมี
• กระบวนการทางเคมี
• ปฏิกิริยาเคมี
  • สารตั้งต้น
  • รีเอเจนต์
  • ตัวเร่งปฏิกิริยา
  • ผลิตภัณฑ์
• แบบจำลองปฏิกิริยาเคมี
• นักเคมี
• เคมี
• การเผาไหม้
• สารตั้งต้นจำกัด
• รายชื่อปฏิกิริยาอินทรีย์
• สมดุลมวล
• การกลับคืนสภาพในระดับจุลภาค
• ปฏิกิริยาอินทรีย์
• การวิเคราะห์จลนศาสตร์ความคืบหน้าของปฏิกิริยา
• ปฏิกิริยาผันกลับได้

• Atkins, Peter W.; Julio de Paula (2006). เคมีเชิงกายภาพ (  ฉบับที่ 4). Weinheim: Wiley-VCH . ISBN 978-3-527-31546-8.
• บร็อค, วิลเลียม เอช. (1997) Viewegs Geschichte der Chemie (ภาษาเยอรมัน) เบราน์ชไวค์: ดู . ไอเอสบีเอ็น 978-3-540-67033-9.
• บรึคเนอร์, ไรน์ฮาร์ด (2004) Reaktionsmechanismen (ภาษาเยอรมัน) (  ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 3) มิวนิค: Spektrum Akademischer Verlag. ไอเอสบีเอ็น 978-3-8274-1579-0.
• Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick (2001). เคมีอนินทรีย์ . สำนักพิมพ์ Academic Press . ISBN 978-0-12-352651-9.
•  "ปฏิกิริยาเคมี"สารานุกรมบริแทนนิกาเล่ม 6 ( ฉบับที่ 11) ปี 1911 หน้า 26–33