Kontrol Kinetika dan Kontrol Termodinamika dalam Sintesis Organik

Kontrol termodinamika dan kontrol kinetika dalam kimia organik sangat penting dikarenakan reaksi kimianya akan memberikan petunjuk pda struktur molekul. Salah satu sifat yang penting pada setiap reaksi organik ialah bagaimana pemutusan satu atu lebih ikatan kimia ( pada reaktan) dan pembentukan ikatan kimia yang baru (pada produk). Lalu dicarilah ikatan yang hilang dan ikatan yang akan terbentuk. Bisa disimpulkan kekuatan relarif ikatan kimia dan struktur molekul senyawa bisa ditelusuri dengan kestabilan termodinamika dan kinetika. Kinetika bertautan dengan kecepatan reaksi, termodinamika bertautan dengan stabilitas intermediet atau produk yang terbentuk. Kedua kontrol ini sangat diperlukan dalam sintesis senyawa organik.

Kontrol Kinetika dan Kontrol Termodinamika pada senyawa Buta 1,3 Diena

Hasil potensial dari suatu reaksi biasanya dipengaruhi oleh dua faktor:  

1.      stabilitas relatif produk (yaitu faktor termodinamika)

2.      tingkat pembentukan produk (yaitu faktor kinetik) 

Ini menyerupai situasi yang terjadi pada penambahan asam kuat (seperti asam klorida, HCl) ke diena tertentu  seperti butadiena. Ada dua produk yang mungkin: 1,2-produk dan 1,4-produk.

 Pada gambar di atas menjelaskan :

1. Dengan butadiena, penambahan HCl mengarah pada karbokation yang distabilkan oleh resonansi. Perhatikan bahwa bentuk resonansi di bagian atas mengandung muatan positif pada karbon yang lebih tersubstitusi, dan oleh karena itu akan memiliki kontribusi yang lebih tinggi pada hibrida daripada bentuk resonansi di bagian bawah, di mana muatan positif ditanggung oleh karbon primer.
2. Dalam serangan Cl^– ke resonansi stabil karbokation, ada dua kemungkinan tempat serangan. Dalam keadaan transisi untuk menyerang pada karbon berlabel C-2 [atas] perhatikan bahwa ada ikatan rangkap parsial antara C-3 dan C-4, dan muatan positif terlokalisasi pada C-2. Dalam keadaan transisi untuk menyerang karbon berlabel C-4 [bawah] perhatikan bahwa ikatan rangkap parsial berada di antara C-2 dan C-3 dan muatan positif terlokalisasi pada C-4. Keadaan transisi atas akan lebih rendah energinya karena di dalamnya, muatan positif terlokalisasi pada karbon tersubstitusi.
3. Sekarang lihat produk akhirnya. Produk dari keadaan transisi atas [1,2 adisi] memiliki alkena tersubstitusi mono (satu substituen karbon) sedangkan keadaan transisi bawah [1,4 adisi] mengarah ke alkena terdisubstitusi. Karena stabilitas alkena meningkat dengan jumlah substituen karbon, produk dasar akan lebih stabil secara termodinamika.

Singkatnya, hasil kali kinetik (1,2 dalam hal ini) lebih mudah dibentuk, tetapi hasil kali termodinamika (1,4) lebih stabil.

Ketika suhu rendah, ada cukup energi untuk membentuk produk 1,2 - dan hanya itu. Rasio produk ditentukan oleh laju reaksi (yaitu ketinggian keadaan transisi D). Reaksi seperti itu dikatakan berada di bawah kendali kinetik. Ketika suhu tinggi, ada cukup energi untuk membentuk produk 1,2- dan 1,4. Selanjutnya, reaksi untuk membentuk produk dapat dibalik (yaitu terdapat cukup energi untuk pergi dari E → D dan kemudian kembali ke C. Dalam hal ini rasio produk ditentukan oleh stabilitas termodinamika relatif (yaitu ketinggian E). suatu reaksi dikatakan berada di bawah kendali termodanik.

PERMASALAHAN :

1. Situasi yang terjadi pada penambahan asam kuat (HCl) dengan suhu yang berbeda ke diena tertentu  seperti butadiena. Ada dua produk yang terbentuk yaitu 1,2-produk dan 1,4-produk. Mengapa butadiena jika direaksikan dengan suhu yang lebih tinggi menghasilkan produk (1,4) yang lebih stabil?
2. Energi aktivasi berkaitan dengan stabilitas karbokation yang terbentuk. Karbokation tersebut dapat menjadi lebih stabil. Namun apa penyebab karbo kation tersebut dapat menjadi lebih stabil?
3. Mengapa suhu menjadi kunci utama dalam kestabilan relatif dan kecepatan relatif dalam memgontrol agar produk yang diperoleh lebih stabil dan banyak ?
4. Bagaimana cara kita untuk memperoleh produk hasil reaksi yang stabil dari kontrol kinetika dan termodinamika ?
5. Enolat kinetik adalah enolat yang terbentuk pada sisi keton yang kurang tersubstitusi. Sedangkan enolat termodinamik yaitu enolat yang terbentuk pada sisi keton yang lebih tersubstitusi. Hal ini dapat dijelaskan yaitu sama seperti alkena, suatu enol atau enolat akan lebih stabil pada posisi yang lebih tersubstitusi. Mengapa bisa demikian?
6. Penambahan serbuk  Zn dan pengaliran gas nitrogen termasuk kedalam kontrol kinetik atau kontrol termodinamika? Mengapa?
7. berdasarkan penjelasan mengenai gambar dibawah ini tentang pembentukan enol melalui reaksi subtitusi α menggunakan katalis asam dan basa:

            dapat dilihat dari gambar bahwa asam dan basa sama-sama dapat membentuk enol. Manakah                 yang lebih cepat antara reaksi substitusiα dengan katalis asam atau reaksi subtitusi dengan α                    katalis basa yang lebih cepat ?