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El arma secreta del control de reacciones: ¿Cómo seleccionar el producto más fuerte en las reacciones químicas?
En las reacciones químicas, el tipo de control de la reacción tiene una influencia decisiva en la composición del producto final. Entre las muchas vías de reacción en competencia, las condiciones de reacción pueden afectar la selectividad y la estereoselectividad. Al comprender los conceptos básicos del control de reacciones termodinámicas y cinéticas, los científicos pueden identificar productos de manera más eficiente.
El control termodinámico generalmente favorece los productos estables pero de formación lenta, mientras que el control cinético favorece los productos de formación rápida, y la elección entre los dos está influenciada por las condiciones de reacción.
Cuando el producto A se forma más rápido que el producto B, pero el producto B es más estable, A se considera un producto cinético y tiene prioridad bajo el control cinético, mientras que B es un producto termodinámico y tiene prioridad bajo el control termodinámico. Más beneficioso. Las condiciones de reacción, como la temperatura, la presión o el disolvente, pueden influir en qué vía se prioriza y, por lo tanto, afectar la composición del producto final.
Por ejemplo, en el campo de la síntesis asimétrica, la distinción entre control cinético y termodinámico es particularmente importante. Para un par de enantiómeros, sus energías libres de Gibbs son casi idénticas en todos los casos relevantes, por lo que una reacción controlada termodinámicamente debe producir una mezcla racémica. En este caso, si la reacción catalítica puede proporcionar un exceso enantiomérico distinto de cero del producto, entonces la reacción está al menos parcialmente controlada cinéticamente.
Muchos sistemas catalíticos asimétricos pueden producir productos casi puros incluso cuando ambos enantiómeros son igualmente favorecidos termodinámicamente, lo que demuestra el impacto potencial del control cinético.
En la reacción de Diels-Alder, la reacción del ciclopentadieno con furano produce dos productos isomerizados. Cuando la temperatura de reacción es la temperatura ambiente, el control de la reacción cinética hace que el isómero terminal interno menos estable sea el producto principal, mientras que a 81 °C y un tiempo de reacción más prolongado, se puede alcanzar el equilibrio químico para formar un exoisómero termodinámicamente más estable.
En la formación de enlaces covalentes, la velocidad de la reacción es proporcional a la estabilidad del producto. Diferentes vías de reacción pueden conducir a diferentes composiciones de productos de reacción, y el producto que se produce finalmente depende del ajuste de los parámetros de reacción.
Los factores ambientales como la temperatura y el tiempo de reacción pueden afectar la selectividad de la reacción, lo que hace que algunos productos tengan más probabilidades de formarse en un tiempo más corto, mientras que las reacciones que tardan más en alcanzar el estado estable requieren una atención especial. Condiciones de control.
En el caso de efectos enantioméricos en las reacciones, la proporción de productos puede cambiar cuando se modifican las condiciones de reacción, lo que indica que la reacción puede tener un mecanismo reversible, es decir, existe un potencial control termodinámico.
Mirando hacia atrás en la historia, los primeros científicos que informaron la relación entre el control cinético y termodinámico fueron R.B. Woodward y Harold Baer. Estudiaron la reacción entre el anhídrido maleico y el fulveno y demostraron que se pueden lograr proporciones de producto más altas en tiempos de reacción más largos si se tiene en cuenta adecuadamente la estabilidad del producto.Por lo tanto, al considerar la selectividad de diferentes tipos de reacciones, los investigadores deben comenzar desde las condiciones experimentales, realizar un análisis en profundidad de las características cinéticas y termodinámicas requeridas para una reacción específica y luego seleccionar la composición ideal del producto. Esto también nos hace pensar, para diferentes condiciones de reacción, ¿qué principios debemos adoptar al elegir los productos para lograr los mejores resultados?
