自由エネルギー図(または反応座標図)は、化学反応中に発生するエネルギー変化を示すグラフです。 横軸に表される反応座標は、反応が構造的にどの程度進行したかを示します。 x 軸に沿った反応物に近い位置は反応物に似た構造を持ち、生成物に近い位置は生成物に似ています。 エネルギー図上のピーク値は、測定可能で、一定期で安定した構造を表しますが、グラフ上の他の点は、単離できない不安定な構造を表します。
この高エネルギーの不安定な構造は、遷移状態または活性錯体と呼ばれます。 この高エネルギープロセスでは、結合が同時に切断および/または形成されます。 構造に大きな歪みが生じると、新しい、歪みの少ない構造に移行します。
ジョージ・ハモンドは、遷移状態の性質を反応座標上の位置に関連付ける原理を提唱しました。 ハモンド仮説は、遷移状態は、反応座標上で最も近い種と構造的およびエネルギー的に類似すると述べています。 発熱反応の場合、遷移状態は反応種に似ていますが、吸熱反応の場合、遷移状態は生成物に似ています。 多段階反応では、各段階に遷移状態と対応する活性化エネルギーがあります。 このような反応の遷移状態は反応性中間体で区切られており、エネルギー図では極小値として表されます。
反応性中間体は結合の開裂によってできる生成物であり、長期間にわたって単離することはできません。 有機化学における最も一般的な反応性中間体の一部は、炭素イオンまたはラジカルです。 カルボカチオンは求電子種であり、カルバニオンは求核剤です。 炭素ラジカルは価電子を 7 つしか持たず、電子が不足していると考えられる場合があります。 ただし、それらは一般に求核電子対に結合しないため、その化学的性質は従来の求電子種の化学的性質とは独特の違いを示します。 ラジカル中間体は、フリーラジカルと呼ばれることがよくあります。
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