Kontrol Termodinamik dan Kontrol Kinetik Senyawa Organik

Kontrol 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.

Reaksi sederhana berikut (gambar 1) adalah koordinat diagram yang

menggambarkan dasar tentang kontrol termodinamika dan kinetika. Pada diagram

tersebut dapat dijelaskan bahwa bahan awal (SM) dapat bereaksi untuk memberikan dua produk yang berbeda yaitu P1 (garis hijau) dan P2 (garis biru) melalui jalur yang berbeda. Reaksi 1 (hijau) menghasilkan P1, dimana reaksi pada P1 akan bereaksi lebih cepat karena memiliki keadaan transisi lebih stabil (TS1). Hal ini karena adanya penghalang aktivasi yang lebih rendah. Jadi P1 adalah produk kinetik. Reaksi 2 (biru) menghasilkan P2. P2 adalah produk yang lebih stabil karena berada pada energi

yang lebih rendah dari P1. Jadi P2 adalah produk termodinamika.

Sekarang diperhatikan apabila temperatur pada reaksi tersebut diubah

sehingga energi rata–rata molekul berubah :

1. Pada tempearture rendah, reaksi terjadi sepanjang jalur hijau (P1) dan akan

berhenti ketika kekurangan energi untuk membalikkan ke SM (irreversibel), sehingga rasio produk reaksi ditentukan oleh tingkat pembentukan P1 dan P2, K1: K2.

2. Pada temperatur sedikit lebih tinggi akan menjadi reversibel sementara reaksi 2

tetap irreversibel. Jadi meskipun P1 dapat membentuk awalnya, dari waktu ke

waktu akan kembali ke SM dan bereaksi untuk menghasilkan produk P2 yanglebih

stabil.

3. Pada suhu tinggi, baik reaksi 1 dan 2 adalah reversibel dan rasio produk reaksi

ditentukan oleh konstanta kesetimbangan untuk P1 dan P2; K1 : K2

Kontrol termodinamika dan kinetika dari enolat

Apabila keton asimetrik direaksikan dalam kondisi basa, hal ini berpotensi ke bentuk dua regioisomer enolat (mengabaikan geometri enolar.Adanya enolat trisubstitusi mengarah pada kinetika dari enolat,

sedangkan enolat tetrasubstitusi mengarah ke termodinamika dari enolat. Hidrogen α terdeprotonasi untuk membentuk enolat kinetika adalah kurang menghambat, oleh karena deprotonasi lebih cepat. Secara umum olefin tetrasubstitusi lebih stabil dari pada olefin trisubstitusi oleh adanya stabilisasi hiperkonjugasi. Rasio regioisomer ini dipengaruhi oleh pilihan basa.

Secara umum, kinetika dari enolat dilakukan dengan cara reaksi dilakukan pada kondisi dingin, hal ini akan terjadi ikatan ionik antar logam–oksigen dan deprotonasi berlangsung cepat dalam kondisi yang lebih ringan. Sedangkan termodinamika dari enolat terjadi pada temperatur yang lebih tinggi dan terjadi ikatan kovalen logam–oksigen. Waktu kesetimbangan lebih longgar pada deprotonasi dengan sejumlah sub-stoikiometrik dari basa kuat. Penggunaan sejumlah sub-stoikiometrik basa memungkinkan dihasilkan sejumlah kecil fraksi senyawa karbonil tak–terenolasi untuk menyeimbangkan enolat ke regioisomer termodinamika dengan bertindak sebagai sumber proton.

Pertanyaan :

1. Bagaimana proses perubahan keadaan Termodinamika (Isobarik – Isokhorik – Isotermik – Adiabatik ) ?

jawaban :

- Proses isobarik adalah proses dimana tekanan gas tetap selama proses berjalan.

- Proses isokhorik adalah proses termodinamika yang mana volume gas tidak berubah selama proses berjalan. Oleh karena volumenya tetap, maka kerja yang dilakukan gas = 0.

- Proses isotermik adalah proses termodinamika yang mana selama proses berjalan, suhu gas tetap.

- Proses adiabatik adalah proses termodinamika dimana kerja yang dilakukan oleh gas adalah murni berasal dari perubahan energi internalnya. Tidak ada energi yang masuk maupun yang keluar (Q) selama proses itu berjalan.