KONTROL
KINETIKA DAN KONTROL TERMODINAMIKA SENYAWA ORGANIK
Beberapa
reaksi kimia mempunyai kemampuan untuk menghasilkan lebih dari satu produk.
Jumlah relatif dari produk yang dihasilkan lebih sering tergantung pada kondisi
reaksi saat reaksi berlangsung. Perubahan pada jumlah reaktan, waktu,
temperatur, dan kondisi yang lain dapat memperngaruhi distribusi pembentukan
produk dari reaksi kimia tersebut. Alasannya dapat dimengerti dari dua konsep
penting yaitu:
1.
Stabilitas relatif secara termodinamik dari produk yang dihasilkan.
2.
Kecepatan relatif secara kinetik pada saat produk terbentukKontrol termodinamika atau kinetika dalam reaksi kimia dapat menentukan
komposisi campuran produk reaksi ketika jalur bersaing mengarah pada produk
yang berbeda serta selektivitas dari pengaruh kondisi reaksi tersebut.Kondisi
reaksi seperti suhu, tekanan atau pelarut mempengaruhi jalur reaksi; maka dari
itu kontrol termodinamik maupun kinetik adalah satu kesatuan dalam dalam suatu
reaksi kimia.Kedua kontrol reaksi ini disebut sebagai faktor termodinamika dan
faktor kinetika, dapat diuraikan sebagai berikut :
1.Faktor termodinamika (adanya
stabilitas realtif dari produk)
Pada suhu tinggi, reaksi berada
di bawah kendali termodinamika (ekuilibrium, kondisi reversibel) dan produk
utama berada dalam sistem lebih stabil.
2.Faktor kinetik (kecepatan
pembentukan produk)
Pada temperatur rendah, reaksi
ini di bawah kontrol kinetik (tingkat, kondisi irreversible) dan produk utama
adalah produk yang dihasilkan dari reaksi tercepat.
Pengertian kinetik dan
termodinamik enolat
Senyawa karbonil yang memiliki H alfa jika diperlakukan
pada kondisi asam, akan
membentuk enol, sedangkan pada
kondisi basa membentuk ion enolat. Kondisi asam 3
termasuk kontrol termodinamik karena mengacu
pada kestabilan intermediet (enol).
Sedangkan kondisi basa,
termasuk kontrol kinetik karena mengacu pada terbentuknya
ion enolat yang berjalan cepat.
Termodinamik untuk
Reaksi
Untuk terjadinya reaksi
secara spontan, energi bebas produk harus lebih rendah daripada energi bebas
reaktan, yakni ∆G harus negatif. Reaksi dapat saja berlangsung melalui
jalan lain, tapi tentu saja hanya jika energi bebas ditambahkan. Energi bebas
terbuat dari dua komponen yaitu entalpi H dan entropi S.
Kuantitas tersebut dihubungkan dengan persamaan:
∆G = ∆H – T∆S
Perubahan entalpi dalam
suatu reaksi terutama adalah perbedaan energi ikat (meliputi energi resonansi,
tegangan, dan solvasi) antara reaktan dengan produk. Perubahan entalpi dapat
dihitung dengan menjumlahkan semua energi ikatan yang putus, kemudian dikurangi
dengan jumlah energi semua ikatan yang terbentuk, dan ditambahkan dengan
perubahan energi resonansi, tegangan, atau energi solvasi.
Enolat kinetik vs. termodinamik
Jika keton taksimetris diberikan
basa, ia mempunyai potensi membentuk dua enolat yang bersifat regioisomer
(dengan menghiraukan geometri enolat). Sebagai contoh:
Enolat
yang ter-trisubstitusi dianggap sebagai enolat kinetik, sedangkan enolat yang
ter-tetrasubstitusi dianggap sebagai enolat termodinamik. Hidrogen alfa yang
terdeprotonasi membentuk enolat kinetik kurang terhalang, sehingga
terdeprotonasi lebih cepat. Secara umum, olefin yang ter-tetrasubstitusi lebih
stabil daripada olefin yang ter-trisubtitusi oleh karena stabilisasi
hiperkonjugasi. Rasio dari regioisomer enolat ini sangat dipengaruhi oleh
pilihan basa yang digunakan. Untuk contoh di atas, kontrol kinetik dapat
dilakukan dengan menggunakan LDA pada -78 °C, menghasilkan selektivitas
99:1 untuk enolat kinetik:termodinamik, sedangkan kontrol termodinamik dapat
dilakukan dengan menggunakan trifenilmetillitium pada suhu kamar, menghasilkan selektivitas 10:90.
Secara
umum, enolat kinetik lebih difavoritkan pada kondisi temperatur yang rendah,
ikatan logam-oksigen yang relatif ion, dan deprotonasi cepat menggunakan basa
yang kuat dan terhalang, yang sedikit berlebihan, sedangkan enolat termodinamik
lebih difavoritkan pada kondisi temperatur yang lebih tinggi, ikatan
logam-oksigen yang relatif kovalen, dan waktu kesetimbangan yang lebih lama
untuk deprotonasi dengan menggunakan basa kuat yang kadarnya sedikit berlebih
dari jumlah sub-stoikiometri reaksi. Penggunaan jumlah sub-stoikiometri basa
mengijinkan sebagian kecil senyawa karbonil yang tidak terenolisasi
menyeimbangkan enolat menjadi regioisomer termodinamik dengan berperan sebagai
ulang alik proton (proton shuffle).
pertanyaan
mengapa enolat lebih cepat
bereaksi dengan dalam control kinetika dan termodinamika ?