Language
Country/Area
No result found
Dua sisi reaksi kimia: apa itu kendali kinetik dan kendali termodinamika?
Kontrol kinetik dan kontrol termodinamik dalam reaksi kimia secara langsung memengaruhi komposisi produk reaksi, terutama ketika jalur reaksi yang bersaing menghasilkan produk yang berbeda. Perbedaan ini khususnya penting dalam situasi di mana produk A terbentuk dengan cepat, tetapi produk B lebih stabil. Di sini, produk A disebut produk kinetik, yang lebih menguntungkan di bawah kontrol kinetik, sedangkan produk B adalah produk termodinamik, yang lebih menguntungkan di bawah kontrol termodinamik. Kondisi reaksi, termasuk suhu, tekanan, atau pelarut, dapat mengubah jalur reaksi mana yang lebih disukai: kontrol kinetik atau termodinamik.
Proses reaksi yang berjalan di antara kontrol kinetik dan kontrol termodinamik memungkinkan para ilmuwan untuk merancang dan menyesuaikan kondisi reaksi untuk mendapatkan produk yang diinginkan.
Kinetika dan termodinamika selama reaksi
Peran kinetika dan termodinamika menjadi sangat penting ketika energi aktivasi dari dua jalur yang bersaing berbeda. Energi aktivasi yang rendah memungkinkan produk A terbentuk dengan cepat, tetapi jika produk B lebih stabil, produk B lebih mungkin terbentuk setelah reaksi yang lebih lama. Reaksi semacam itu banyak terdapat dalam biokimia dan kimia sintetis, seperti sintesis asimetris, yang dilakukan dalam konteks ini.
Contoh: Reaksi Diels–Alder
Dalam reaksi Diels–Alder, dua produk isomerik dapat dihasilkan ketika siklopentadiena berinteraksi dengan furan. Pada suhu ruangan, kontrol kinetik mendominasi dan isomer ujung yang kurang stabil merupakan produk utama. Namun, pada suhu yang lebih tinggi dan dengan waktu reaksi yang lebih lama, kesetimbangan kimia terbentuk dan ekso-isomer yang lebih stabil terbentuk. Selektivitas yang berbeda dari proses ini merupakan efek langsung dari kondisi reaksi.
Perubahan kondisi reaksi tidak hanya memengaruhi selektivitas reaksi, tetapi juga berdampak besar pada komposisi produk akhir.
Pentingnya sintesis selektif
Dalam beberapa reaksi katalitik tertentu, kelebihan enantiomer positif dapat dihasilkan, yang menunjukkan bahwa reaksi tersebut setidaknya memiliki kendali kinetik parsial. Karena enantiomer memiliki energi bebas Gibbs pembentukan yang sama, campuran penetral akan dihasilkan di bawah kendali termodinamika. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk menyesuaikan kondisi selama proses katalitik guna memperoleh produk enantiomerik yang diinginkan.
Latar belakang sejarah
Pada tahun 1944, R.B. Woodward dan Harold Baer pertama kali melaporkan hubungan antara kinetika dan kendali termodinamika, dan menyelidiki kembali reaksi Diels–Alder dari produk tidak langsung. Mereka memperhatikan bahwa meskipun isomer endo terbentuk lebih cepat, waktu reaksi yang lebih lama dan suhu yang lebih tinggi menghasilkan rasio ekso/internal yang lebih tinggi.
Ilmuwan terus mempelajari sifat kontrol kinetik dan termodinamik ini dan mengeksplorasi secara mendalam potensi penerapannya dalam berbagai reaksi.
Peran dalam selektivitas reaksi
Dalam reaksi adisi elektronukleofilik, seperti reaksi antara asam hidrobromat dan 1,3-butadiena, suhu memiliki dampak yang signifikan terhadap selektivitas produk. Di atas suhu ruangan, produk 1,4 yang secara termodinamik lebih stabil mendominasi; namun, ketika suhu reaksi diturunkan di bawah suhu ruangan, kontrol kinetik mengarah pada pembentukan produk 1,2. Hal ini menekankan korelasi erat antara kondisi reaksi dan distribusi produk.
Kesimpulan
Dalam studi reaksi kimia, kontrol kinetik dan termodinamik menyediakan kerangka kerja untuk berpikir. Dengan menyesuaikan kondisi reaksi, ilmuwan dapat memperoleh berbagai kombinasi produk. Wawasan tentang jalur reaksi ini tidak hanya membantu kita memahami prinsip dasar reaksi kimia, tetapi juga memperluas potensi penerapan dalam ilmu material, biokimia, dan pengembangan obat. Berdasarkan pengetahuan ini, bagaimana penelitian di masa mendatang dapat mengubah pemahaman kita tentang reaksi kimia?
