Language
Country/Area
No result found
Секретное оружие управления реакцией: как выбрать самый сильный продукт в химических реакциях?
В химических реакциях тип управления реакцией оказывает решающее влияние на состав конечного продукта. Среди множества конкурирующих путей реакции условия реакции будут влиять на селективность и стереоселективность. Понимая основные концепции контроля термодинамических реакций и контроля кинетических реакций, ученые могут более эффективно идентифицировать продукты.
Термодинамический контроль обычно благоприятствует стабильным, но медленно образующимся продуктам, тогда как кинетический контроль предпочитает быстро образующиеся продукты, и на выбор этих двух продуктов влияют условия реакции.
Когда продукт A образуется быстрее, чем продукт B, но продукт B относительно стабилен, A считается кинетическим продуктом и имеет приоритет при кинетическом контроле. Напротив, B является термодинамическим продуктом и находится под термодинамическим контролем. Условия реакции, включая температуру, давление или растворитель, могут влиять на то, какой путь является приоритетным и, следовательно, на состав конечного продукта.
Например, в области асимметричного синтеза особенно важно различие между кинетическим и термодинамическим контролем. Для пары энантиомеров их свободная энергия Гиббса почти одинакова во всех соответствующих случаях, поэтому термодинамически контролируемая реакция должна давать рацемическую смесь. На этом этапе, если каталитическая реакция обеспечивает ненулевой энантиомерный избыток продукта, реакция, по крайней мере, частично кинетически контролируется.
Многие асимметричные каталитические системы могут производить почти чистые продукты, даже если они термодинамически одинаково благоприятствуют обоим энантиомерам, что демонстрирует потенциальное влияние кинетического контроля.
В реакции Дильса-Альдера реакция циклопентадиена с фураном дает два продукта изомеризации. Когда температура реакции равна комнатной, кинетический контроль реакции приводит к тому, что менее стабильный конечный изомер становится основным продуктом, тогда как при 81 ° C и более длительном времени реакции может быть достигнуто химическое равновесие с образованием более термодинамически стабильного продукта. экзо-изомеры.
При образовании ковалентной связи скорость реакции прямо пропорциональна стабильности продукта. Различные пути реакции могут привести к разным составам продуктов реакции, и какой продукт в конечном итоге может быть получен, зависит от корректировки параметров реакции.
Факторы окружающей среды, такие как температура и время реакции, влияют на селективность реакции, повышая вероятность образования определенных продуктов за более короткое время. Для реакций, для достижения устойчивого состояния которых требуется больше времени, требуется особый контроль. условия.
При энантиомерном эффекте в реакции при изменении условий реакции соотношение продуктов может меняться соответствующим образом, что указывает на то, что реакция может иметь обратимый механизм, то есть имеется потенциальный термодинамический контроль.
Оглядываясь назад, можно сказать, что первыми учеными, сообщившими о взаимосвязи между кинетикой и термодинамическим контролем, были Р. Б. Вудворд и Гарольд Бэр. Они изучили реакцию между малеиновым ангидридом и фульвеном и показали, что более высокие соотношения продуктов могут быть достигнуты при правильном учете стабильности продукта при более длительном времени реакции.
Поэтому при рассмотрении селективности различных типов реакций исследователи должны исходить из условий эксперимента, проводить углубленный анализ кинетических и термодинамических характеристик, необходимых для конкретной реакции, а затем выбирать идеальный состав продукта. Это также заставляет нас задуматься о том, какими принципами следует руководствоваться при выборе продуктов для различных условий реакции, чтобы добиться наилучших результатов?
