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Wie kann man die Selektivität der Temperaturmanipulationsreaktion verwenden? Schauen Sie sich diese erstaunlichen experimentellen Ergebnisse an!
Bei chemischen Reaktionen bestimmt der Unterschied zwischen thermodynamischer Kontrolle und kinetischer Kontrolle die Zusammensetzung der Produktkombination.Wenn Wettbewerbswege zu unterschiedlichen Produkten führen, beeinflussen die Reaktionsbedingungen die Selektivität und Stereoselektivität.Dieser Unterschied ist besonders wichtig, insbesondere wenn die Reaktionsgeschwindigkeit A schneller als die von Reaktion B ist, da die Aktivierungsenergie zur Erzeugung von A niedriger ist als die der Erzeugung von B, B, aber ein stabileres Produkt ist.Daher ist A ein dynamisches Produkt, das für die kinetische Kontrolle geeignet ist, während B ein thermodynamisches Produkt ist, das für die thermodynamische Kontrolle geeignet ist.Die Reaktionsbedingungen wie Temperatur, Druck oder Lösungsmittel bestimmen, welcher Reaktionsweg vorteilhafter ist.
"Die Wahl der kinetischen Kontrolle oder der thermodynamischen Kontrolle beeinflusst die Zusammensetzung des Endprodukts, da diese Wettbewerbsreaktionswege zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
In einigen Fällen hängt der Vorteil der thermodynamischen Kontrolle vom Gleichgewichtszustand der Reaktion ab.Insbesondere, wenn sich die kinetischen Produkte während der Reaktionszeit schneller entwickeln, kann der anfängliche Fortschritt der Reaktion aufgrund schneller Reaktionen ein Ungleichgewicht bei der Bildung dieser Reaktionen verursachen.Die thermodynamische Kontrolle erfordert, dass die Reaktion einen Gleichgewichtszustand erreichen kann, bevor sie thermodynamische stabile Produkte erzeugen kann.
Anwendung in der Diels-Alder-Reaktion
Die Diels-Alder-Reaktion ist ein klassisches Beispiel für eine chemische Reaktion, die unter verschiedenen Bedingungen zwei Isomerprodukte produzieren kann.Bei Raumtemperatur überwiegt die kinetische Reaktionskontrolle, und die instabileren Endo -Isomere werden zum Hauptreaktionsprodukt.Wenn die Temperatur jedoch auf 81 ° C steigt und über einen längeren Zeitraum dauert, kann das chemische Gleichgewicht zu einem thermodynamisch stabileren Exo -Isomer 1 tendieren.
"Bei niedriger Temperatur erzeugt die Reaktion hauptsächlich ein erweitertes [4+2] zyklisiertes Addukt, während bei hohen Temperaturen die Bildung von Kettenaddukten beobachtet wird."
Zusätzlich wurde bei der kombinierten Diels-Alder-Reaktion von Bisarldien mit Hexafluor-2-Butyne oder Dimethylacetylen-DiCarboxylat, das 2018 entdeckt wurde.Die Reaktion bei niedrigen Temperaturen zeigte eine chemische Selektivität und bildete vollständig geformte Zycloaddukte, aber Dominoaddukt wurde speziell bei hohen Temperaturen gebildet.Diese Ergebnisse zeigen nicht nur die kritische Rolle der Temperatur, sondern zeigen auch die Komplexität verschiedener Wege, die mit unterschiedlicher Stabilität konkurrieren.
Effekte in der Keton- und Enol -Chemie
Im Prozess von Enol -negativen Ionenprotonen ist das kinetische Produkt enol, während das thermodynamische Produkt Keton oder Aldehyd ist.Bei der Deprotonierung asymmetrischer Ketone ist das kinetische Produkt das Enol aus dem am meisten protonendetonierten α-H, während das thermodynamische Produkt eine stärker ersetzte Enol-Gruppe aufweist.Wenn niedrige Temperatur und große Strukturalkalien verwendet werden, wird die kinetische Selektivität erhöht.Dieser Prozess spiegelt wider, wie das Produkt anhand der Reaktionsbedingungen gesteuert werden kann.
"Thermodynamische Kontrolle ist immer noch eine mögliche Strategie, auch wenn die Reaktion in einem kinetischen Kontrollzustand liegt."
In der Elektroaffinitätsadditionsreaktion beeinflusst die Temperatur auch die Produktauswahl.Wenn die Reaktion von Hydrobromensäure und 1,3-Butadien über die Raumtemperatur ansteigt, produzieren die meisten von ihnen das thermodynamischer stabilere 1,4-Addukt 1-Brom-2-Butene, aber wenn die Temperatur unter die Raumtemperatur gesenkt wird, wird das kinetische 1,2-Addukt 3-Brom-1-Buten bevorzugt.
Eigenschaften der Reaktionskontrolle
Prinzip ist jede Reaktion ein Kontinuum zwischen der reinen kinetischen Kontrolle und der reinen thermodynamischen Kontrolle.Diese Begriffe hängen von einem bestimmten Temperatur- und Zeitbereich ab.Wenn die Temperatur niedrig ist und die Reaktionszeit kurz ist, liegt die Reaktion nahe an der reinen kinetischen Kontrolle.Für einen lang genug Zeitrahmen nähert sich jede Reaktion der reinen thermodynamischen Kontrolle.Kurz gesagt, das primäre Produkt der Reaktion ist am einfachsten zu erzeugen, und die thermodynamische Kontrolle erfordert, dass die Reaktion ein Gleichgewicht zwischen Reversibilität und Produkt erreicht.Bei der kinetischen Reaktionskontrolle führen ein oder zwei Vorwärtsreaktionen zu einer Geschwindigkeit möglicher Produkte signifikant schneller als die Geschwindigkeit des chemischen Gleichgewichts.
"Die Eigenschaften der Reaktion spiegeln den tiefgreifenden Effekt von Temperatur und Zeit auf die Selektivität wider."
Schließlich kann gesagt werden, dass die Selektivität der Temperaturmanipulationsreaktion ein leistungsstarkes chemisches Werkzeug ist.Durch die Anpassung der Reaktionsbedingungen können Wissenschaftler nicht nur die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, sondern auch die erzeugten Produkte manipulieren.Welche neuen Entdeckungen können in zukünftigen Experimenten geführt werden, wenn sich unser Verständnis dieser Prozesse vertieft?
