Kontrol Kinetik dan Kontrol Termodinamik

Dalam suatu reaksi kimia sebelum melakukan suatu reaksi perlu dilakukan kontrol kinetik dan kontrol dinamik terlebih dahulu, dimana dalam kontrol kinetik dan dinamik ini perlu kita ketahui terlebih dahulu bagaimana tipe reaksi yang akan terjadi , selain itu perlu juga diperhatikan produk utama yang akan dibentuk sehingga perlu dilakukan kontrol.Untuk kontrol dinamika itu sendiri merupakan suatu kontrol yang lebih mengarah bagaimana suatu produk yang dihasilkan tersebut lebih stabil sedangkan untuk kontrol kinetiknya itu sendiri lebih mengarah pada kecepatan suatu produk tersebut terbentuk. 

Persyaratan Reaksi Termodinamika

            Untuk dapat terjadi reaksi secara spontan, energi bebas produk harus lebih rendah dari pada energi bebas reaktan, yakni ∆G harus negatif. Reaksi dapat saja berlangsung melalui jalan lain, tapi tentu saja perlu adanya penambahan energi bebas. 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.

Persyaratan kinetik reaksi

Reaksi yang dapat berlangsung tidak hanya karena menpunyai ∆G negatif. ∆G yang negatif memang suatu hal yang penting tapi bukan suatu persyaratan yang cukup untuk berlangsungnya suatu reaksi secara spontan. Untuk terjadinya reaksi maka variabel energi bebas aktivasi _G‡ harus ditambahkan. Situasi ini diilustrasikan dalam pada Gambar yang merupakan profil energi untuk reaksi satu tahap tanpa spesies-antara.

Grafik tersebut menunjukan Profil energi bebas reaksi tanpa spesies-antara di mana produk energi bebas produk lebih rendah dari pada energi bebas reaktan. Jika reaksi antara dua molekul atau lebih telah maju ke titik yang berkaitan dengan puncak kurva maka digunakan istilah keadaan transisi. Keadaan transisi memiliki geometri yang terbatas dan distribusi muatan tapi tidak memiliki keberadaan yang terbatas. Sistem pada titik ini disebut kompleks teraktivasi. kompleks teraktivasi terus berubah menjadi produk dengan kecepatan yang sama sehingga tetapan kecepatan reaksi hanya tergantung pada posisi kesetimbangan antara starting material dengan kompleks teraktvasi, yaitu nilai K‡. ∆G‡ dihubungkan ke K‡ dengan persamaan.

∆G‡ = -2,3RT log K‡

sehingga suatu nilai ∆G‡ yang lebih tinggi adalah disertai dengan suatu tetapan kecepatan yang lebih kecil. Kecepatan hampir semua reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu karena penambahan energi dapat membantu molekul melewati rintangan energi aktivasi.

Ada banyak hal yang dapat mempengaruhi suatu senyawa pada suatu  reaksi  dapat mengalami reaksi kompotisi yang akan menghasilkan produk yang berbeda.

Pada gambar tersebut memperlihatkan profil energi-bebas untuk suatu reaksi dimana pada produk B lebih stabil secara termodinamika daripada C (∆G lebih rendah), tapi C terbentuk lebih cepat (∆G‡ lebih rendah). Jika tidak ada satupun reaksi yang revesibel maka C akan terbentuk lebih banyak karena terbentuk lebih cepat. Produk tersebut dikatakan terkontrol secara kinetik (kinetically controlled). Akan tetapi, jika reaksi adalah reversibel maka hal tersebut tidak menjadi penting. jika proses dihentikan sebelum kesetimbangan tercapai maka reaksi akan dikontrol oleh kinetik karena akan lebih banyak diperoleh produk yang cepat terbentuk. Akan tetapi jika reaksi dibiarkan sampai mendekati kesetimbangan maka produk yang akan dominan adalah B. di bawah kondisi tersebut, C yang mula-mula terbentuk akan kembali ke A, sementara B yang lebih stabil tidak berkurang banyak. Maka dikatan bahwa produk terkontrol secara termodinamik (thermodynamically controlled). Tentu saja Gambar tersebut tidak menggambarkan semua reaksi dalam mana senyawa A dapat memberikan dua produk. Di dalam banyak hal, produk yang lebih stabil adalah juga merupakan produk lebih cepat terbentuk. Di dalam hal yang demikian, produk kontrol kinetik  juga produk kontrol termodinamika.

            Penggunaan konsep ini dibidang kimia organik dengan aturan umum bahwa :

“Low temperatures and/or short reaction times favor kinetically controlled reactivity, whereas high temperatures and/or prolonged reaction times favor thermodynamically controlled reactivity.”

Konsep ini dapat dijelaskan melalui sebuah kasus evaluasi waktu yang diharapkan untuk sistem ditunjukan dalam plot energi potensial yang ditunjukan pada gambar, jika reaksi diakhiri pada waktu t₁ < t_aq, dimana t_aq adalah

Diagram energi potensial yang digunakan woorward dan beer untuk merasionalisasi kontrol kinetik dan kontrol dinamika pada reaksi penambahan diena.

Contohnya : dua reaksi penambahan elektrofilik bisa terjadi antara 1,3-butadiena dan hidrogen klorida

Dalam Reaksi 1, reaksi bersih adalah penambahan atom hidrogen ke C-1 dan atom klorin ke C-4 dalam 1 . Oleh karena itu, Reaksi 1 disebut 1,4-penambahan dan produknya 2 1,4-aducct.

Dalam Reaksi 2, reaksi bersih adalah penambahan atom hidrogen ke C-1 dan atom klorin ke C-2 dalam 1 . Oleh karena itu, Reaksi 2 disebut 1,2-tambahan dan produknya 3 1,2-adduct.

reaksi keseluruhan bergantung pada suhu. Pada suhu rendah (misalnya: -78 ° C), produk utamanya adalah 3 ; pada suhu tinggi produknya  2 . Ikatan karbon-karbon ganda di 2 lebih tinggi tersubstitusi dari pada yang ada dalam 3 , jadi 2 lebih stabil dari pada 3 . Yang kurang stabil 3 adalah produk utama pada suhu rendah menyiratkan bahwa pada suhu rendah sistem berada di bawah kontrol kinetik dan 3 adalah produk yang membentuk lebih cepat. Yang lebih stabil 2 adalah produk utama pada suhu tinggi berarti sistem berada di bawah kontrol termodinamika .

Daftar Pustaka

firdaus, M.S. 2009. Kimia organik fisis I. Makasar : Universitas Hasanudin.

http://www.ochempal.org/index.php/alphabetical/a-b/14-addition/

http://www.che.uc.edu/jensen/W.%20B.%20Jensen/Reprints/227.%20Kinetic%20vs%20Thermodynamic%20Control'.pdf

pertanyaan

kenapa suhu dapat mempengaruhi produk dari suatu reaksi