Kontrol Kinetika dan Kontrol Termodinamika dalam Sintesis Senyawa Organik

Kontrol Kinetika dan Kontrol Termodinamika dalam Sintesis Senyawa Organik

    Kinetika kimia adalah bagian dari kimia fisik, mempelajari laju reaksi kimia, faktor-faktor yang mempengaruhinya, dan interpretasi hubungannya dengan mekanisme reaksi. Kinetika kimia disebut juga Dinamika kimia karena pergerakan molekul, unsur, atau ion dalam mekanisme reaksi dan perubahan laju reaksi dari waktu ke waktu. Dengan mengamati arah reaktan dan produk dari sistem, mekanisme reaksi dapat diprediksi dengan mengamati dan mengukur besaran termodinamika reaksi.

Sebagai faktor termodinamika dan faktor kinetika, dapat diuraikan sebagai berikut:

1. Faktor Termodinamika (adanya stabilitas relatif dari produk)

Pada suhu tinggi, reaksi berada dibawah kendali termodinamika (ekuilibrium, kondisi reversibel) dan produk utama berada dalam sistem lebih stabil.

2. Faktor Kinetik (Kecepatan pembentukan produk)

Pada temperatur rendah, reaksi ini dibawah kontrol kinetik (tingkat, kondisi irreversible) dan produk utama adalah produk yang dihasilkan dari reaksi tercepat.

Persyaratan Termodinamik untuk Reaksi

    Untuk reaksi spontan, energi bebas produk harus lebih rendah dari energi bebas reaktan, yaitu, G harus negatif. Reaksi dapat dilakukan dengan cara lain, tetapi tentu saja hanya dengan menambahkan energi bebas. Energi bebas terdiri dari dua bagian, yaitu entalpi H dan entropi S. Kuantitas tersebut dihubungkan oleh persamaan berikut:

∆G = ∆H – T∆S

 

    Perubahan entalpi reaksi terutama disebabkan oleh perbedaan energi ikat (termasuk energi resonansi, tegangan, dan solvasi) antara reaktan dan produk. Perubahan entalpi dapat dihitung dengan menjumlahkan energi dari semua ikatan yang putus, kemudian mengurangi jumlah energi dari semua ikatan yang terbentuk, ditambah dengan perubahan energi resonansi, tegangan, atau energi solvasi.

    Molekul rantai terbuka memiliki lebih banyak entropi daripada molekul siklik karena memiliki lebih banyak konformasi. Pembukaan cincin berarti peningkatan entropi dan tertutup berarti penurunan entropi.

PENGERTIAN KINETIK DAN TERMODINAMIK ENOLAT

    Senyawa karbonil dengan H akan membentuk enol bila diperlakukan dalam kondisi asam, dan ion enolat dalam kondisi basa. Kondisi asam 3 dikontrol secara termodinamika karena melibatkan stabilitas intermediet (enol). Kondisi basa termasuk kontrol kinetik, karena mengacu pada pembentukan ion enol yang berjalan cepat. Perlakuan metil keton dengan LDA biasanya menghasilkan litium enoksida hanya pada sisi metil. Enolat ini terbentuk dengan cepat dan selanjutnya disebut enolat kinetik. Alasan pembentukan cepat: proton pada gugus metil lebih asam, dan 3 H di satu sisi gugus metil memiliki gugus karbonil yang terhalang secara sterik ketika menyerang LDA di sisi lain daripada 2 H di sisi sisi lain.

Diagram Kontrol kinetik dan Termodinamik

Pada gambar tersebut dapat dijelaskan bahwa bahan awal (SM) dapat bereaksi dengan cara yang berbeda untuk menghasilkan dua produk yang berbeda, yaitu P1 (garis hijau) dan P2 (garis biru). Reaksi 1 (hijau) menghasilkan P1, dimana reaksi di P1 bereaksi lebih cepat karena memiliki keadaan transisi yang lebih stabil (TS1). Ini karena adanya penghalang aktivasi yang lebih rendah. Jadi P1 adalah produk kinetik. Reaksi 2 (biru) menghasilkan P2. P2 merupakan produk yang lebih stabil karena memiliki energi yang lebih rendah dari P1. Jadi P2 adalah produk termodinamika.

Permasalahan:

1. Pada kondisi basa ion enolat yang terbentuk berjalan cepat (kontrol kinetik), mengapa hal tersebut bisa terjadi?

2. Pada diagram Kontrol kinetik dan Termodinamik. Apa yang terjadi apabila temperatur pada reaksi tersebut diubah sehingga energi rata–rata molekul mengalami perubahan? 

3. Bagaimana pengaruh kontrol kinetika dan termodinamika atau suhu terhadap energi yang didapatkan?