2.11 : Diagramy energii, stany przejściowe i półprodukty

Energy diagrams are used to represent the change in energy for the molecules involved in a chemical reaction.

The free energy is measured along the y-axis, and the reaction coordinate is plotted on the x-axis.

The reaction coordinate indicates the progress of the conversion of reactants to products. Peaks on the energy diagram represent the transition states, whereas the valleys represent the reactive intermediates.

As the reaction progresses, the reactants pass through an unstable state of maximum free energy, called the activated complex, or the transition state. They last for less than one picosecond and cannot be isolated. The reactant’s ability to achieve a given transition state depends on the value of the activation energy.

The double dagger symbol is used to describe transition states. If the transition state is easy to achieve, the associated delta-G double-dagger is small, and the reaction is fast. Contrarily, if the transition state is difficult to achieve, the associated delta-G double-dagger is large, and the reaction rate is slow.

According to Hammond's postulate, in a single-step exothermic process, the structure of the transition state closely resembles that of the reactants, as the transition state is closer in energy to the reactants than to the products.

Meanwhile, in a single-step endothermic process, the structure of the transition state closely resembles that of the products, as the transition state is closer in energy to the products than to the reactants.

A reactive intermediate corresponds to an energy minimum between two transition states. Highly reactive intermediates are difficult to isolate and have a short lifespan, while those with lower energies have longer lifetimes.

The most common reactive intermediates in organic chemistry involve carbon radicals or carbon centers without four bonds. For example, carbocations act as electron acceptors and carbanions act as electron donors.

Diagramy energii swobodnej lub diagramy współrzędnych reakcji to wykresy przedstawiające zmiany energii zachodzące podczas reakcji chemicznej. Współrzędna reakcji przedstawiona na osi poziomej pokazuje, jak daleko reakcja posunęła się strukturalnie. Pozycje na osi x w pobliżu reagentów mają struktury przypominające reagenty, natomiast pozycje w pobliżu produktów przypominają produkty. Piki na wykresie energii reprezentują stabilne struktury o mierzalnym czasie życia, podczas gdy inne punkty na wykresie reprezentują struktury niestabilne, których nie można odizolować.

Ta wysokoenergetyczna, niestabilna struktura nazywana jest stanem przejściowym lub kompleksem aktywowanym. W tym wysokoenergetycznym procesie wiązania są jednocześnie rozrywane i/lub tworzone. Struktura jest tak napięta, że przechodzi w nowe, mniej napięte struktury.

George Hammond sformułował zasadę, która wiąże charakter stanu przejściowego z jego położeniem na diagramie reakcji. Postulat Hammonda stwierdza, że stan przejściowy będzie strukturalnie i energetycznie podobny do najbliższego mu gatunku na diagramie reakcji. W przypadku reakcji egzotermicznej stan przejściowy przypomina reagenty, natomiast w przypadku reakcji endotermicznej stan przejściowy przypomina produkty. W reakcji wieloetapowej każdy etap ma stan przejściowy i odpowiednią energię aktywacji. Stany przejściowe takich reakcji są przerywane reaktywnymi związkami pośrednimi, które są reprezentowane jako lokalne minima na diagramach energii.

Reaktywne półprodukty są produktami zrywania wiązań i nie można ich izolować przez dłuższy czas. Niektóre z najpowszechniejszych reaktywnych półproduktów w chemii organicznej to jony lub rodniki węgla. Karbokationy to elektrofie, a karboaniony to nukleofile. Rodniki węglowe mają tylko siedem elektronów walencyjnych i można je uznać za pozbawione elektronów; jednakże na ogół nie wiążą się one z parami elektronów nukleofilowych, więc ich skład chemiczny wykazuje wyjątkowe różnice w porównaniu z chemią konwencjonalnych elektrofilów. Rodnikowe półprodukty są często nazywane wolnymi rodnikami.

Tagi

Energy Diagrams Reaction Coordinate Diagrams Chemical Reaction Reactants Products Stable Structures Unstable Structures Transition State Activated Complex George Hammond Hammond Postulate Exothermic Reaction Endothermic Reaction Multi step Reaction Activation Energy

2.11 : Diagramy energii, stany przejściowe i półprodukty

Tagi

PLAYLIST