2.11 : 에너지 다이어그램, 전환 상태 및 중간체

자유 에너지 다이어그램 또는 반응 좌표 다이어그램은 화학 반응 중에 발생하는 에너지 변화를 보여주는 그래프입니다. 가로축에 표시된 반응좌표는 구조적으로 반응이 어느 정도 진행되었는지를 나타냅니다. 반응물에 가까운 x축 위치는 반응물과 유사한 구조를 갖고, 생성물에 가까운 위치는 생성물과 유사합니다. 에너지 다이어그램의 피크는 측정 가능한 수명을 가진 안정적인 구조를 나타내는 반면, 그래프의 다른 지점은 격리할 수 없는 불안정한 구조를 나타냅니다.

이러한 고에너지 불안정 구조를 전이상태 또는 활성화 복합체라고 부릅니다. 이 고에너지 과정에서는 결합이 동시에 끊어지거나 형성되는 과정에 있습니다. 구조가 너무 불안정하여 덜 불안정하고 새로운 구조로 전환됩니다.

해먼드는 전이 상태의 특성을 반응 다이어그램의 위치와 연관시키는 원리를 공식화했습니다. 해먼드 가정은 전이 상태가 반응 다이어그램에서 가장 가까운 종과 구조적으로나 에너지적으로 유사할 것이라고 말합니다. 발열 반응의 경우 전이 상태는 반응물 종과 유사하지만, 흡열 반응의 경우 전이 상태는 생성물과 유사합니다. 다단계 반응에서 각 단계에는 전이 상태와 해당 활성화 에너지가 있습니다. 그러한 반응의 전이 상태는 에너지 다이어그램에서 국소 최소값으로 표시되는 반응 중간체로 구분됩니다.

반응성 중간체는 결합이 끊어진 산물이므로 장기간 분리할 수 없습니다. 유기 화학에서 가장 일반적인 반응성 중간체 중 일부는 탄소 이온 또는 라디칼입니다. 탄수화물은 친전자체이고, 카르보양이온은 친핵체입니다. 탄소 라디칼은 단지 7개의 원자가 전자를 갖고 있으며 전자가 부족한 것으로 간주될 수 있습니다. 그러나 이들은 일반적으로 친핵성 전자쌍에 결합하지 않으므로 이들의 화학적 성질은 기존 친전자체의 화학적 성질과 독특한 차이점을 나타냅니다. 라디칼 중간체는 종종 자유 라디칼이라고 불립니다.