थर्मोडायनामिक बनाम गतिज प्रतिक्रिया नियंत्रण: Difference between revisions
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[[File:Thermodyamic versus kinetic control.png|thumb|250px|alt=A Generalised energy profile diagram for kinetic versus thermodynamic product reactionगतिज बनाम थर्मोडायनामिक उत्पाद प्रतिक्रिया के लिए ऊर्जा प्रोफ़ाइल आरेख।]]एक [[रासायनिक प्रतिक्रिया]] में | [[File:Thermodyamic versus kinetic control.png|thumb|250px|alt=A Generalised energy profile diagram for kinetic versus thermodynamic product reactionगतिज बनाम थर्मोडायनामिक उत्पाद प्रतिक्रिया के लिए ऊर्जा प्रोफ़ाइल आरेख।]]एक [[रासायनिक प्रतिक्रिया]] में ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया, नियंत्रण या गतिज प्रतिक्रिया,नियंत्रण एक प्रतिक्रिया उत्पाद मिश्रण में संरचना तय कर सकता है जब प्रतिस्पर्धी मार्ग विभिन्न उत्पादों की ओर ले जाते हैं और प्रतिक्रिया की स्थिति [[Index.php?title=चयनात्मकता|चयनात्मकता]] या [[Index.php?title=स्टीरियोसेलेक्टिविटी|स्टीरियोसेलेक्टिविटी]] को प्रभावित करती है। यह अंतर प्रासंगिक है जब उत्पाद A उत्पाद B की तुलना में तेजी से बनता है चूंकि उत्पाद A के लिए [[सक्रियण ऊर्जा]] उत्पाद B के समानता कम है, फिर भी उत्पाद B अधिक स्थिर है। ऐसी स्थिति में A गतिज उत्पाद है और गतिज नियंत्रण के तहत वांछनीय है और B ऊष्मागतिक उत्पाद है और ऊष्मागतिक नियंत्रण के तहत वांछनीय है।<ref>Organic Chemistry, 3rd ed., M. A. Fox & J. K. Whitesell, Jones & Bartlett, 2004 {{ISBN|0-7637-2197-2}}</ref><ref>A Guidebook to Mechanism in Organic Chemistry, 6th Edition, Peter Sykes, Pearson Prentice Hall, 1986. {{ISBN|0-582-44695-3}}</ref><ref name = Introduction>Introduction to Organic Chemistry I, Seth Robert Elsheimer, Blackwell Publishing, 2000 {{ISBN |0-632-04417-9}}</ref> | ||
प्रतिक्रिया की स्थितियाँ, जैसे कि तापमान, दबाव, या विलायक, प्रभावित करती हैं कि किस प्रतिक्रिया मार्ग का पक्ष लिया जा सकता है: या तो | प्रतिक्रिया की स्थितियाँ, जैसे कि तापमान, दबाव, या विलायक, प्रभावित करती हैं कि किस प्रतिक्रिया मार्ग का पक्ष लिया जा सकता है: या तो गतिज रूप से नियंत्रित या ऊष्मागतिक रूप से नियंत्रित हो। यह तभी सही है जब दो रास्तों की सक्रियण ऊर्जा भिन्न हो, एक मार्ग में दूसरे की तुलना में कम Ea (सक्रियण की ऊर्जा) हो। | ||
ऊष्मागतिक या गतिज नियंत्रण की व्यापकता उत्पाद की अंतिम संरचना को निर्धारित करती है जब ये प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रिया मार्ग विभिन्न उत्पादों की ओर ले जाते हैं। ऊपर वर्णित प्रतिक्रिया की स्थिति प्रतिक्रिया की चयनात्मकता को प्रभावित करती है। | |||
[[Index.php?title=असममित संश्लेषण|असममित संश्लेषण]] एक ऐसा क्षेत्र है जिसमें | [[Index.php?title=असममित संश्लेषण|असममित संश्लेषण]] एक ऐसा क्षेत्र है जिसमें गतिज और ऊष्मागतिक नियंत्रण के बीच का अंतर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। चूंकि प्रतिबिंबरूपता के जोड़े, सभी उद्देश्यों लिए, एक ही गिब्स मुक्त ऊर्जा, ऊष्मागतिक नियंत्रण आवश्यकता से एक रेसमिक मिश्रण का उत्पादन करेगा। इस प्रकार, कोई भी उत्प्रेरक प्रतिक्रिया जो गैर-शून्य [[एनेंटिओमेरिक अतिरिक्त]] के साथ उत्पाद प्रदान करती है, कम से कम आंशिक गतिज नियंत्रण के तहत होती है। | ||
== दायरा == | == दायरा == | ||
=== डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाओं में === | === डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाओं में === | ||
[[Index.php?title= साइक्लो पेन्टाडाइईनाइड|साइक्लो पेन्टाडाइईनाइड]] | [[Index.php?title= साइक्लो पेन्टाडाइईनाइड|साइक्लो पेन्टाडाइईनाइड]] की डील्स आल्डर अभिक्रिया दो[[ समाजिक ]]उत्पादों का उत्पादन कर सकती है। कमरे के तापमान पर, गतिज प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रबल होती है और कम स्थिर [[Index.php?title= अंतःसमावयवी|अंतःसमावयवी]] 2 मुख्य प्रतिक्रिया उत्पाद होता है। 81 °C पर और लंबी प्रतिक्रिया समय के बाद, [[रासायनिक संतुलन]] खुद को स्पष्ट कर सकता है और ऊष्मागतिक रूप से अधिक स्थिर [[Index.php?title=X समभारी|X समभारी]] 1 बनता है।<ref>Advanced Organic Chemistry Part A: Structure and Mechanisms, 5th ed., Francis A. Carey, Richard J. Sundberg, 2007 {{ISBN|978-0-387-44899-2}}</ref> एक्सो उत्पाद निम्न स्तर के [[Index.php?title=स्टेरिक प्रभावों|स्टेरिक प्रभावों]] के आधार पर अधिक स्थिर होता है, जबकि एंडो उत्पाद संक्रमण अवस्था में कक्षीय ओवरलैप द्वारा इष्ट होता है। | ||
[[File:DielsAlderCyclopentadieneFuran.svg|center|थर्मोडायनामिक बनाम काइनेटिक रिएक्शन कंट्रोल इन रिएक्शन ऑफ साइक्लोपैनेटडाइन और फुरान]] | [[File:DielsAlderCyclopentadieneFuran.svg|center|थर्मोडायनामिक बनाम काइनेटिक रिएक्शन कंट्रोल इन रिएक्शन ऑफ साइक्लोपैनेटडाइन और फुरान]]अंतःअणुक डायल्स की [[Index.php?title= प्रतिक्रिया|प्रतिक्रिया]] में पूर्ण गतिज और ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया नियंत्रण का एक उत्कृष्ट और बहुत ही दुर्लभ उदाहरण है- [[हेक्साफ्लोरो-2-ब्यूटाइन]] या [[डाइमिथाइल एसिटिलिनेडीकार्बोक्सिलेट]] (DMAD) के साथ BIS- ईंधन डायनेस '3' की एल्डर प्रतिक्रिया की खोज की गई है जिससे 2018 में वर्णित किया गया है।<ref>Kseniya K. Borisova, Elizaveta A. Kvyatkovskaya, Eugeniya V. Nikitina, Rinat R. Aysin, Roman A. Novikov, and Fedor I. Zubkov. “A Classical Example of Total Kinetic and Thermodynamic Control. The Diels-Alder Reaction between DMAD and Bis-furyl Dienes.” J. Org. Chem., 2018, 83 (8), pp 4840-4850. doi:10.1021/acs.joc.8b00336 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.joc.8b00336</ref><ref>Kseniya K. Borisova, Eugeniya V. Nikitina, Roman A. Novikov, Victor N. Khrustalev, Pavel V. Dorovatovskii, Yan V. Zubavichus, Maxim L. Kuznetsov, Vladimir P. Zaytsev, Alexey V. Varlamov and Fedor I. Zubkov. “Diels–Alder reactions between hexafluoro-2-butyne and bis-furyl dienes: kinetic versus thermodynamic control.” Chem. Commun., 2018, 54, pp 2850-2853. doi:10.1039/c7cc09466c http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c7cc09466c#!divAbstract</ref> यह कम तापमान पर, प्रतिक्रियाएँ रासायनिक चयनात्मकता उत्पन्न करती हैं जो विशेष रूप से पिनसर-[4+2] साइक्लोएडिशन (5) के व्यसनों की ओर ले जाती हैं। डोमिनो-एडक्ट्स (6) का विशेष गठन ऊंचे तापमान पर देखा जाता है। | ||
[[File:Kin therm control diels-alder.svg|center|frameless|865x865px|टैंडेम डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया का काइनेटिक और थर्मोडायनामिक नियंत्रण।]]हेक्साफ्लोरो-2-ब्यूटाइन और डायनेस | [[File:Kin therm control diels-alder.svg|center|frameless|865x865px|टैंडेम डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया का काइनेटिक और थर्मोडायनामिक नियंत्रण।]]हेक्साफ्लोरो-2-ब्यूटाइन और डायनेस 3 A-C के बीच प्रतिक्रिया की सैद्धांतिक DFT गणना की गई है। जो [4+2] से प्रारंभ होने वाली प्रतिक्रिया CF3C≡CCF3 के फ्यूरान कण में से एक पर TS1 के माध्यम से एक ठोस कार्य प्रणाली होती है और सक्रियण अवरोध ΔG‡ ≈ 23.1–26.8 kcal/mol के साथ पूरी प्रक्रिया के दर सीमित चरण का प्रतिनिधित्व करती है। | ||
[[File:DHT-calculations.svg|center|thumb|879x879px|बिस-डायनेस '3a-c' और हेक्साफ्लोरो-2-ब्यूटाइन के बीच प्रतिक्रिया के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा प्रोफ़ाइल। X = CH2 (सादा पाठ), S (इटैलिक) और NC(O)CF3 (बोल्ड) के लिए सापेक्ष ऊर्जा को kcal/mol में दिखाया गया है।]]इसके | [[File:DHT-calculations.svg|center|thumb|879x879px|बिस-डायनेस '3a-c' और हेक्साफ्लोरो-2-ब्यूटाइन के बीच प्रतिक्रिया के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा प्रोफ़ाइल। X = CH2 (सादा पाठ), S (इटैलिक) और NC(O)CF3 (बोल्ड) के लिए सापेक्ष ऊर्जा को kcal/mol में दिखाया गया है।]]इसके अतिरिक्त, प्रतिक्रिया दो प्रतिस्पर्धी आयोजनों के माध्यम से आगे बढ़ सकती है, अर्थात् या तो TS2k के माध्यम से पिनर प्रकार के उत्पादों 5 की ओर अग्रसर होती है या जिसके परिणामस्वरूप TS2t के माध्यम से दूरगामी उत्पाद 6 का निर्माण होता है। गणनाओं से पता चला है कि पहला आयोजन अधिक गतिज रूप से अनुकूल है (ΔG‡ ≈ 5.7–5.9 kcal/mol)। इस बीच, दूरगामी उत्पाद 6 5 (ΔG‡ ≈ 4.2-4.7 kcal/mol) की तुलना में अधिक ऊष्मागतिक रूप से स्थिर हैं और यह तथ्य ऊँचे तापमान पर 5 से 6 के समावयवीकरण का कारण बन सकता है। वास्तव में, 5 → 6 [[Index.php?title= समावयवन|समावयवन]] के लिए पूर्वव्यापी-अंकपट्ट- एल्डर (पादप) प्रतिक्रिया के माध्यम से 5 के बाद अंतःअणुक [4 + 2]-साइक्लोडीशन के लिए चेन इंटरमीडिएट 4 में 6 देने के लिए 34.0-34.4 kcal/mol हैं। | ||
=== पृथक रसायन में === | === पृथक रसायन में === | ||
एक [[Index.php?title=एनोलेट|एनोलेट]] आयन के [[प्रोटोनेशन]] में, | एक [[Index.php?title=एनोलेट|एनोलेट]] आयन के [[प्रोटोनेशन]] में, गतिज उत्पाद एनोल होता है और ऊष्मागतिक उत्पाद एक [[कीटोन]] या [[एल्डिहाइड]] होता है। [[कार्बोनिल यौगिक]] और उनके एनोल तेजी से [[Index.php?title=एसिड|एसिड]] या बेस द्वारा उत्प्रेरित [[प्रोटॉन]] ट्रांसफर द्वारा तेजी से आदान-प्रदान करते हैं, यहां तक कि ट्रेस मात्रा में भी, इस स्थिति में [[Index.php?title=एनोलेट|एनोलेट]] या प्रोटॉन स्रोत द्वारा मध्यस्थता की जाती है। | ||
एक असममित कीटोन के [[अवक्षेपण]] | एक असममित कीटोन के [[अवक्षेपण]] गतिज उत्पाद सबसे सुलभ α-H को हटाने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाला एनोलेट है, जबकि ऊष्मागतिक उत्पाद में अधिक उच्च प्रतिस्थापित एनोलेट अंश है।<ref name="thermovskinetic">[http://pharmaxchange.info/press/2011/03/thermodynamic-product-vs-kinetic-product-with-examples/ Thermodynamic Product vs Kinetic Product]</ref><ref>Jean d'Angelo, Tetrahedron report number 25 :'' Ketone enolates: regiospecific preparation and synthetic uses'', Tetrahedron, Volume 32, Issue 24, 1976, Pages 2979-2990, {{ISSN|0040-4020}}, {{doi|10.1016/0040-4020(76)80156-1}}</ref><ref> | ||
''The Chemistry of Carbanions. IX. The Potassium and Lithium Enolates Derived from Cyclic Ketones'' Herbert O. House, [[Barry M. Trost]] J. Org. Chem., 1965, 30 (5), pp 1341–1348 {{doi|10.1021/jo01016a001}}</ref><ref>Chemistry of carbanions. XV. ''Stereochemistry of alkylation of 4-tert-butylcyclohexanone'' Herbert O. House, Ben A. Tefertiller, Hugh D. Olmstead | ''The Chemistry of Carbanions. IX. The Potassium and Lithium Enolates Derived from Cyclic Ketones'' Herbert O. House, [[Barry M. Trost]] J. Org. Chem., 1965, 30 (5), pp 1341–1348 {{doi|10.1021/jo01016a001}}</ref><ref>Chemistry of carbanions. XV. ''Stereochemistry of alkylation of 4-tert-butylcyclohexanone'' Herbert O. House, Ben A. Tefertiller, Hugh D. Olmstead | ||
J. Org. Chem., 1968, 33 (3), pp 935–942 {{doi|10.1021/jo01267a002}}</ref> कम तापमान और स्टरली | J. Org. Chem., 1968, 33 (3), pp 935–942 {{doi|10.1021/jo01267a002}}</ref> कम तापमान और स्टरली दक्षतापूर्ण आधार का उपयोग गतिज चयनात्मकता को बढ़ाता है। यहाँ, आधार और एनोलेट के बीच pKb में अंतर इतना बड़ा है कि प्रतिक्रिया अनिवार्य रूप से अपरिवर्तनीय है, इसलिए ऊष्मागतिक उत्पाद के लिए अग्रणी संतुलन संभवतः गतिज एनोलेट और अभी तक अप्राप्य केटोन के बीच जोड़ के अतिरिक्त होने वाला एक प्रोटॉन विनिमय है। तेजी से मिश्रण के साथ एक व्युत्क्रम जोड़ इसे कम करेगा। संतुलन की स्थिति प्रतिघात और विलायक पर निर्भर करेगी। | ||
[[File:Thermodynamic deprotonation methylcyclohexanone.svg|center|2-मिथाइलसाइक्लोहेक्सानोन का काइनेटिक और थर्मोडायनामिक डिप्रोटोनेशन।]]यदि बहुत कमजोर आधार का उपयोग किया जाता है, तो अवक्षेपण अधूरा होगा, और अभिकारकों और उत्पादों के बीच एक संतुलन होगा। | [[File:Thermodynamic deprotonation methylcyclohexanone.svg|center|2-मिथाइलसाइक्लोहेक्सानोन का काइनेटिक और थर्मोडायनामिक डिप्रोटोनेशन।]]यदि बहुत कमजोर आधार का उपयोग किया जाता है, तो अवक्षेपण अधूरा होगा, और अभिकारकों और उत्पादों के बीच एक संतुलन होगा। ऊष्मागतिक नियंत्रण प्राप्त किया जाता है, चूंकि प्रतिक्रिया तब तक अधूरी रहती है जब तक कि उत्पाद एनोलेट फंस न जाए, जैसा कि नीचे दिए गए उदाहरण में है। चूँकि H स्थानान्तरण बहुत तेज़ होता है, फँसाने की प्रतिक्रिया धीमी होती है, फंसे हुए उत्पादों का अनुपात काफी हद तक अवक्षेपण संतुलन को दर्शाता है। | ||
[[File:Thermodynamic deprotonation methylcyclohexanone enolate trapping.svg|center|एनोलेट के ट्रैपिंग के साथ 2-मिथाइलसाइक्लोहेक्सानोन का थर्मोडायनामिक डिप्रोटोनेशन।]] | [[File:Thermodynamic deprotonation methylcyclohexanone enolate trapping.svg|center|एनोलेट के ट्रैपिंग के साथ 2-मिथाइलसाइक्लोहेक्सानोन का थर्मोडायनामिक डिप्रोटोनेशन।]] | ||
=== इलेक्ट्रोफिलिक योगों में === | === इलेक्ट्रोफिलिक योगों में === | ||
कमरे के तापमान से ऊपर 1,3-ब्यूटाडाईन के लिए [[हाइड्रोजन ब्रोमाइड]] की [[ | कमरे के तापमान से ऊपर 1,3-ब्यूटाडाईन के लिए [[हाइड्रोजन ब्रोमाइड]] की [[Index.php?title=इलेक्ट्रॉनरागी संकलन|इलेक्ट्रॉनरागी संकलन]] प्रतिक्रिया मुख्य रूप से ऊष्मागतिक रूप से अधिक स्थिर 1,4 संयुक्त, 1-ब्रोमो-2-ब्यूटेन की ओर ले जाती है, परंतु प्रतिक्रिया तापमान को कमरे के तापमान से कम करने से गतिज 1 का समर्थन होता है।<ref name="Introduction" /> | ||
[[File:Butadiene hydrogen bromide addition.svg|center|ईथर में ब्यूटाडाइन में HBr का योग। एल्शाइमर (2000) से डेटा।]]अलग-अलग चयनों के लिए तर्क इस प्रकार है: दोनों उत्पाद स्थिति 1 पर मार्कोवनिकोव | [[File:Butadiene hydrogen bromide addition.svg|center|ईथर में ब्यूटाडाइन में HBr का योग। एल्शाइमर (2000) से डेटा।]]अलग-अलग चयनों के लिए तर्क इस प्रकार है: दोनों उत्पाद स्थिति 1 पर मार्कोवनिकोव प्रोटॉनीकरण से उत्पन्न होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप [[Index.php?title=अनुनाद|अनुनाद]]-स्थिर [[Index.php?title=एलिलिक|एलिलिक]] धनायन होता है। 1,4 अपडक्ट बड़े Br परमाणु को कम संकुलन वाली जगह पर रखता है और इसमें अधिक उच्च प्रतिस्थापित एल्केन अंश सम्मलित है, जबकि 1,2 आदी युग्मविकल्पी धनायन के कार्बन पर न्यूक्लियोफाइल (Br−) के हमले का परिणाम है। सबसे बड़ा सकारात्मक चार्ज ( अत्यधिक प्रतिस्थापित [[कार्बन]] सकारात्मक चार्ज के लिए सबसे संभावित स्थान है)। | ||
[[File:Thermodynamic kinetic control butadiene.svg|center|ब्यूटाडाइन हाइड्रोब्रोमिनेशन तंत्र]] | [[File:Thermodynamic kinetic control butadiene.svg|center|ब्यूटाडाइन हाइड्रोब्रोमिनेशन तंत्र]] | ||
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== विशेषताएं == | == विशेषताएं == | ||
* सिद्धांत रूप में, प्रत्येक प्रतिक्रिया शुद्ध गतिज नियंत्रण और शुद्ध | * सिद्धांत रूप में, प्रत्येक प्रतिक्रिया शुद्ध गतिज नियंत्रण और शुद्ध ऊष्मागतिक नियंत्रण के बीच निरंतरता पर होती है। ये शब्द किसी दिए गए तापमान और समय के पैमाने के संबंध में हैं। एक प्रक्रिया कम तापमान और कम प्रतिक्रिया समय पर शुद्ध गतिज नियंत्रण तक पहुंचती है। पर्याप्त रूप से लंबे समय के पैमाने के लिए, कम से कम सिद्धांत रूप में, प्रत्येक प्रतिक्रिया शुद्ध ऊष्मागतिक नियंत्रण तक पहुंचती है।<ref>{{cite journal |last1=Khopade |first1=Tushar |last2=Mete |first2=Trimbak |last3=Arora |first3=Jyotsna |last4=Bhat |first4=Ramakrishna |title=एक Organocatalytic बहुघटक प्रतिक्रिया में Enantioselectivity पर उच्च उत्प्रेरक लोड हो रहा है और लंबे समय तक प्रतिक्रिया समय का एक प्रतिकूल प्रभाव|journal=Chemistry: A European Journal |date=2018 |volume=24 |issue=23 |pages=6036–6040 |doi=10.1002/chem.201800278 |pmid=29465758}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Rulli |first1=Giuseppe |last2=Duangdee |first2=Nongnaphat |last3=Baer |first3=Katrin |last4=Hummel |first4=Werner |last5=Berkessel |first5=Albrecht |last6=Gröger |first6=Harald |title=काइनेटिक रूप से बनाम थर्मोडायनामिक रूप से नियंत्रित ऑर्गेनोकैटलिसिस की दिशा और केमोएंजाइमेटिक सिंथेसिस में इसका अनुप्रयोग|journal=Angewandte Chemie International Edition |date=2011 |volume=50 |issue=34 |pages=7944–7947 |doi=10.1002/anie.201008042 |pmid=21744441|s2cid=42971817 }}</ref> जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, यह समय पैमाना छोटा होता जाता है। | ||
*प्रत्येक प्रतिक्रिया में, सबसे पहले बनने वाला उत्पाद वह होता है जो सबसे आसानी से बनता है। इस प्रकार, प्रत्येक प्रतिक्रिया एक प्राथमिकता गतिज नियंत्रण के तहत | *प्रत्येक प्रतिक्रिया में, सबसे पहले बनने वाला उत्पाद वह होता है जो सबसे आसानी से बनता है। इस प्रकार, प्रत्येक प्रतिक्रिया एक प्राथमिकता गतिज नियंत्रण के तहत प्रारंभ होती है।<ref>Only if a subsequent equilibration is as fast or faster is this not true.</ref> | ||
* | * ऊष्मागतिक नियंत्रण के लिए एक आवश्यक शर्त उत्क्रमणीयता या उत्पादों के बीच संतुलन की अनुमति देने वाला एक तंत्र है। प्रतिक्रियाओं को ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया नियंत्रण के तहत माना जाता है जब प्रतिलोम प्रतिक्रिया पर्याप्त रूप से तीव्र होती है कि संतुलन आवंटित प्रतिक्रिया समय के अन्दर खुद को स्थापित करता है। इस तरह, ऊष्मागतिक रूप से अधिक स्थिर उत्पाद हमेशा इष्ट होता है। | ||
* गतिज प्रतिक्रिया नियंत्रण के तहत, संभावित उत्पादों के लिए अग्रणी एक या दोनों आगे की प्रतिक्रियाएं उत्पादों के बीच संतुलन की तुलना में काफी तेज हैं। प्रतिक्रिया समय | * गतिज प्रतिक्रिया नियंत्रण के तहत, संभावित उत्पादों के लिए अग्रणी एक या दोनों आगे की प्रतिक्रियाएं उत्पादों के बीच संतुलन की तुलना में काफी तेज हैं। प्रतिक्रिया समय T के बाद, उत्पाद अनुपात दर स्थिरांक k का अनुपात है<!-- <-constant? --> और इस प्रकार सक्रियण ऊर्जा Ea या ΔG‡ में अंतर का एक कार्य है। | ||
:<math>\ln \left(\frac {[A]_t}{[B]_t}\right) = \ln\left(\frac {k_A}{k_B}\right) = -\frac {\Delta E_a}{RT}</math> (समीकरण 1) | :<math>\ln \left(\frac {[A]_t}{[B]_t}\right) = \ln\left(\frac {k_A}{k_B}\right) = -\frac {\Delta E_a}{RT}</math> (समीकरण 1) | ||
: जब तक संतुलन को रोका नहीं जाता | : जब तक संतुलन को रोका नहीं जाता है, तब तक "विशुद्ध" गतिज नियंत्रण असंभव है, चूंकि अभिकारकों के पूरी तरह से उपभोग करने से पहले संतुलन की कुछ मात्रा होती है। व्यवहार में, लापरवाही से धीमी गति से संतुलन के कारण कई प्रणालियों को गतिज नियंत्रण के तहत संचालन के रूप में अच्छी तरह से अनुमानित किया गया है। उदाहरण के लिए, कई एनेंटिओसेलेक्टिव कैटेलिटिक सिस्टम लगभग एनेंटिओप्योर उत्पाद (> 99% ईई) प्रदान करते हैं, भले ही एनेंटिओमेरिक उत्पादों में समान गिब्स मुक्त ऊर्जा होती है और ऊष्मागतिक रूप से समान रूप से इष्ट हैं। | ||
* | * विशुद्ध ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया नियंत्रण के तहत, जब संतुलन तक पहुंच गया है, तो उत्पाद वितरण स्थिरता G ° का एक कार्य होगा। अनंत प्रतिक्रिया समय के बाद, उत्पाद सांद्रता का अनुपात संतुलन स्थिरांक कुंजी के बराबर होगा और इसलिए [[गिब्स मुक्त ऊर्जा]] में अंतर का एक कार्य होगा, | ||
:<math>\ln\left(\frac {[A]_{\infty}}{[B]_{\infty}}\right) = \ln\ K_{eq} = -\frac {\Delta G^\circ}{RT}</math> (समीकरण 2) | :<math>\ln\left(\frac {[A]_{\infty}}{[B]_{\infty}}\right) = \ln\ K_{eq} = -\frac {\Delta G^\circ}{RT}</math> (समीकरण 2) | ||
: सिद्धांत रूप में, " | : सिद्धांत रूप में, "विशुद्ध" ऊष्मागतिक नियंत्रण भी असंभव है, चूंकि अनंत प्रतिक्रिया समय के बाद ही संतुलन प्राप्त होता है। व्यवहार में, यदि A और B समग्र दर स्थिरांक kf और kr के साथ परस्पर परिवर्तित होते हैं, तो अधिकांश व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, संरचना में परिवर्तन t ~ 3.5/(kf + kr), या लगभग पाँच अर्ध-जीवन और सिस्टम उत्पाद के बाद नगण्य हो जाता है अनुपात को ऊष्मागतिक नियंत्रण का परिणाम माना जा सकता है। | ||
* सामान्य तौर पर, कम प्रतिक्रिया समय गतिज नियंत्रण का पक्ष लेते हैं, जबकि लंबी प्रतिक्रिया समय | * सामान्य तौर पर, कम प्रतिक्रिया समय गतिज नियंत्रण का पक्ष लेते हैं, जबकि लंबी प्रतिक्रिया समय ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया नियंत्रण का पक्ष लेते हैं। कम तापमान दोनों स्थितियों के सेट के तहत चयनात्मकता को बढ़ाएगा, चूंकि T दोनों स्थिति में भाजक में है। सबसे तेजी से बनने वाले उत्पाद की उपज को अनुकूलित करने के लिए आदर्श तापमान सबसे कम तापमान होगा जो उचित समय में प्रतिक्रिया को पूरा करना सुनिश्चित करेगा।<ref>Unless one is content with an incomplete reaction, whence a separation of product from unreacted starting material may be necessary.</ref> उष्मागतिकीय नियंत्रण के तहत एक प्रतिक्रिया के लिए आदर्श तापमान सबसे कम तापमान होता है जिस पर एक उचित समय में संतुलन स्थापित हो जाएगा।<ref>At worst, ''K''<sub>eq</sub> will approach 1 as ''T'' rises and the proportion of the most stable product will tend toward 50% of the reaction mixture.</ref> यदि आवश्यक हो, तो सबसे स्थिर उत्पाद की ओर संतुलन को स्थानांतरित करने के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण को धीरे-धीरे ठंडा करके चयनात्मकता को बढ़ाया जा सकता है। जब उत्पाद स्थिरता में अंतर बहुत बड़ा होता है, तो उष्मागतिकीय रूप से नियंत्रित उत्पाद अपेक्षाकृत जोरदार प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत भी प्रभावी हो सकता है। | ||
* यदि किसी दिए गए तापमान पर प्रतिक्रिया | * यदि किसी दिए गए तापमान पर प्रतिक्रिया उष्मागतिकीय नियंत्रण में है, तो यह उसी प्रतिक्रिया समय के लिए उच्च तापमान पर उष्मागतिकीय नियंत्रण में भी होगी। | ||
* इसी प्रकार, यदि कोई अभिक्रिया किसी दिए गए तापमान पर गतिज नियंत्रण में है, तो यह समान प्रतिक्रिया समय के लिए किसी भी कम तापमान पर भी गतिज नियंत्रण में होगी। | * इसी प्रकार, यदि कोई अभिक्रिया किसी दिए गए तापमान पर गतिज नियंत्रण में है, तो यह समान प्रतिक्रिया समय के लिए किसी भी कम तापमान पर भी गतिज नियंत्रण में होगी। | ||
* यदि कोई मानता है कि गतिज नियंत्रण के तहत एक नई प्रतिक्रिया एक प्राथमिकता होगी, तो उत्पाद वितरण होने पर एक संतुलन तंत्र | * यदि कोई मानता है कि गतिज नियंत्रण के तहत एक नई प्रतिक्रिया एक प्राथमिकता होगी, तो उत्पाद वितरण होने पर एक संतुलन तंत्र की उपस्थिति का पता लगा सकता है: | ||
** समय के साथ बदलता है, | ** समय के साथ बदलता है, | ||
** एक उत्पाद को एक तापमान पर प्रमुखता दिखाता है जबकि दूसरा एक अलग तापमान पर | ** एक उत्पाद को एक तापमान पर प्रमुखता दिखाता है जबकि दूसरा एक अलग तापमान पर प्रभावी होता है, या | ||
** तापमान के साथ बदलता है | ** तापमान के साथ बदलता है परंतु समीकरण 1 के अनुरूप नहीं है, अर्थात् तापमान में उत्पाद अनुपात में बदलाव का कारण बनता है <math>{[A]_t}/{[B]_t}</math> यह मानते हुए कि अकेले तापमान में परिवर्तन से अपेक्षा से बड़ा या छोटा है <math>\Delta E_a</math> लघु तापमान सीमा पर तापमान के साथ काफी हद तक अपरिवर्तनीय है।<ref><math>\Delta E_a</math> will be temperature-independent or nearly so if <math>\Delta S^\ddagger</math> is small, which would be the case if the rate-determining steps leading to each product were of the same [[molecularity]], for instance if both involved collisions with the same reactant.</ref> | ||
* उसी तरह, गतिज नियंत्रण की संभावना का पता लगाया जा सकता है यदि तापमान परिवर्तन उत्पाद अनुपात में परिवर्तन का कारण बनता है जो कि समीकरण 2 के साथ असंगत है, यह मानते हुए कि <math>\Delta G^\circ</math> | * उसी तरह, गतिज नियंत्रण की संभावना का पता लगाया जा सकता है यदि तापमान परिवर्तन उत्पाद अनुपात में परिवर्तन का कारण बनता है जो कि समीकरण 2 के साथ असंगत है, यह मानते हुए कि <math>\Delta G^\circ</math> लघु तापमान सीमा पर तापमान के साथ काफी हद तक अपरिवर्तनीय है।<ref><math>\Delta G^\circ</math> will be temperature-independent or nearly so if <math>\Delta S^\circ</math> is small, which would be the case if the overall transformations to each product were of the same [[molecularity]], for instance if both were fragmentations of a molecule to produce a pair of molecules or if both were condensations of two molecules to give a single molecule.</ref> | ||
== इतिहास == | == इतिहास == | ||
1944 में | 1944 में गतिज और ऊष्मागतिक नियंत्रण के बीच संबंधों पर सबसे पहले रिपोर्ट करने वाले R.B. वुडवर्ड और हेरोल्ड बेयर थे।<ref>''Studies on Diene-addition Reactions. II.1 The Reaction of 6,6-Pentamethylenefulvene with Maleic Anhydride'' R. B. Woodward, Harold Baer J. Am. Chem. Soc., 1944, 66 (4), pp 645–649 {{doi|10.1021/ja01232a042}}</ref> वे [[Index.php?title=मेनिक एनहाइड्राइड|मेनिक एनहाइड्राइड]] और [[Index.php?title=फुलवीन|फुलवीन]] के बीच एक प्रतिक्रिया की फिर से जांच कर रहे थे, जिसकी सूचना सबसे पहले 1929 में [[ओटो डायल्स]] और [[Index.php?title=कर्ट एल्डर|कर्ट एल्डर]] ने दी थी।<ref>Diels, O. and Alder, K. (1929), ''Synthesen in der hydroaromatischen Reihe, IV. Mitteilung: Über die Anlagerung von Maleinsäure-anhydrid an arylierte Diene, Triene und Fulvene'' (Mitbearbeitet von Paul Pries). Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series), 62: 2081–2087. {{doi|10.1002/cber.19290620829}}</ref> उन्होंने देखा कि जब एंडो आइसोमर अधिक तेजी से बनता है, तो लंबे समय तक प्रतिक्रिया समय, साथ ही अपेक्षाकृत ऊंचा तापमान, उच्च एक्सो / एंडो अनुपात में परिणाम होता है, जिसे एक पर एक्सो-कंपाउंड की उल्लेखनीय स्थिरता के प्रकाश में माना जाना था। हाथ और दूसरे पर एंडो आइसोमर का बहुत सहज पृथक्करण होता है। | ||
:[[File:Fulvene maleic anhydride woordward 1944 3.svg|600px|वुडवर्ड/बेयर 1944]] | :[[File:Fulvene maleic anhydride woordward 1944 3.svg|600px|वुडवर्ड/बेयर 1944]]ED ह्यूजेस और G कैचपोल के साथ C.K. इंगोल्ड ने स्वतंत्र रूप से 1948 में ऊष्मागतिक और गतिज प्रतिक्रिया नियंत्रण मॉडल का वर्णन किया है।<ref>''Rearrangement and substitution in anionotropic systems. Part III. Mechanism of, and equilibrium in, anionotropic change'' A. G. Catchpole, E. D. Hughes and C. K. Ingold J. Chem. Soc., 1948, 8-17 {{doi|10.1039/JR9480000008}}</ref> वे [[जैकब मीसेनहाइमर]] द्वारा 1930 में रिपोर्ट की गई एक निश्चित सहयोगी पुनर्व्यवस्था की फिर से जांच कर रहे थे।<ref>Meisenheimer, J. and Link, J. (1930), ''Über die Verschiebung in der Allyl-Gruppe. 3. Mitteilung über Substitution und Addition''. Justus Liebigs Annalen der Chemie, 479: 211–277. {{doi|10.1002/jlac.19304790114}}</ref> एसिटिक एसिड में [[पोटेशियम एसीटेट]] के साथ गामा-फिनाइलॉल क्लोराइड का विलायक अपघटन गामा और अल्फा एसीटेट के मिश्रण को बाद में संतुलन द्वारा पहले में परिवर्तित करने के लिए पाया गया था। यह आयन-पुनर्संयोजन में गतिज और ऊष्मागतिक नियंत्रण के बीच अंतर के प्रोटोट्रॉपी में परिचित घटना के एनियोनोट्रॉपी के क्षेत्र में एक स्थिति के रूप में व्याख्या की गई थी। | ||
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एक रासायनिक प्रतिक्रिया में ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया, नियंत्रण या गतिज प्रतिक्रिया,नियंत्रण एक प्रतिक्रिया उत्पाद मिश्रण में संरचना तय कर सकता है जब प्रतिस्पर्धी मार्ग विभिन्न उत्पादों की ओर ले जाते हैं और प्रतिक्रिया की स्थिति चयनात्मकता या स्टीरियोसेलेक्टिविटी को प्रभावित करती है। यह अंतर प्रासंगिक है जब उत्पाद A उत्पाद B की तुलना में तेजी से बनता है चूंकि उत्पाद A के लिए सक्रियण ऊर्जा उत्पाद B के समानता कम है, फिर भी उत्पाद B अधिक स्थिर है। ऐसी स्थिति में A गतिज उत्पाद है और गतिज नियंत्रण के तहत वांछनीय है और B ऊष्मागतिक उत्पाद है और ऊष्मागतिक नियंत्रण के तहत वांछनीय है।[1][2][3]
प्रतिक्रिया की स्थितियाँ, जैसे कि तापमान, दबाव, या विलायक, प्रभावित करती हैं कि किस प्रतिक्रिया मार्ग का पक्ष लिया जा सकता है: या तो गतिज रूप से नियंत्रित या ऊष्मागतिक रूप से नियंत्रित हो। यह तभी सही है जब दो रास्तों की सक्रियण ऊर्जा भिन्न हो, एक मार्ग में दूसरे की तुलना में कम Ea (सक्रियण की ऊर्जा) हो।
ऊष्मागतिक या गतिज नियंत्रण की व्यापकता उत्पाद की अंतिम संरचना को निर्धारित करती है जब ये प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रिया मार्ग विभिन्न उत्पादों की ओर ले जाते हैं। ऊपर वर्णित प्रतिक्रिया की स्थिति प्रतिक्रिया की चयनात्मकता को प्रभावित करती है।
असममित संश्लेषण एक ऐसा क्षेत्र है जिसमें गतिज और ऊष्मागतिक नियंत्रण के बीच का अंतर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। चूंकि प्रतिबिंबरूपता के जोड़े, सभी उद्देश्यों लिए, एक ही गिब्स मुक्त ऊर्जा, ऊष्मागतिक नियंत्रण आवश्यकता से एक रेसमिक मिश्रण का उत्पादन करेगा। इस प्रकार, कोई भी उत्प्रेरक प्रतिक्रिया जो गैर-शून्य एनेंटिओमेरिक अतिरिक्त के साथ उत्पाद प्रदान करती है, कम से कम आंशिक गतिज नियंत्रण के तहत होती है।
दायरा
डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाओं में
साइक्लो पेन्टाडाइईनाइड की डील्स आल्डर अभिक्रिया दोसमाजिक उत्पादों का उत्पादन कर सकती है। कमरे के तापमान पर, गतिज प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रबल होती है और कम स्थिर अंतःसमावयवी 2 मुख्य प्रतिक्रिया उत्पाद होता है। 81 °C पर और लंबी प्रतिक्रिया समय के बाद, रासायनिक संतुलन खुद को स्पष्ट कर सकता है और ऊष्मागतिक रूप से अधिक स्थिर X समभारी 1 बनता है।[4] एक्सो उत्पाद निम्न स्तर के स्टेरिक प्रभावों के आधार पर अधिक स्थिर होता है, जबकि एंडो उत्पाद संक्रमण अवस्था में कक्षीय ओवरलैप द्वारा इष्ट होता है।
अंतःअणुक डायल्स की प्रतिक्रिया में पूर्ण गतिज और ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया नियंत्रण का एक उत्कृष्ट और बहुत ही दुर्लभ उदाहरण है- हेक्साफ्लोरो-2-ब्यूटाइन या डाइमिथाइल एसिटिलिनेडीकार्बोक्सिलेट (DMAD) के साथ BIS- ईंधन डायनेस '3' की एल्डर प्रतिक्रिया की खोज की गई है जिससे 2018 में वर्णित किया गया है।[5][6] यह कम तापमान पर, प्रतिक्रियाएँ रासायनिक चयनात्मकता उत्पन्न करती हैं जो विशेष रूप से पिनसर-[4+2] साइक्लोएडिशन (5) के व्यसनों की ओर ले जाती हैं। डोमिनो-एडक्ट्स (6) का विशेष गठन ऊंचे तापमान पर देखा जाता है।
हेक्साफ्लोरो-2-ब्यूटाइन और डायनेस 3 A-C के बीच प्रतिक्रिया की सैद्धांतिक DFT गणना की गई है। जो [4+2] से प्रारंभ होने वाली प्रतिक्रिया CF3C≡CCF3 के फ्यूरान कण में से एक पर TS1 के माध्यम से एक ठोस कार्य प्रणाली होती है और सक्रियण अवरोध ΔG‡ ≈ 23.1–26.8 kcal/mol के साथ पूरी प्रक्रिया के दर सीमित चरण का प्रतिनिधित्व करती है।
इसके अतिरिक्त, प्रतिक्रिया दो प्रतिस्पर्धी आयोजनों के माध्यम से आगे बढ़ सकती है, अर्थात् या तो TS2k के माध्यम से पिनर प्रकार के उत्पादों 5 की ओर अग्रसर होती है या जिसके परिणामस्वरूप TS2t के माध्यम से दूरगामी उत्पाद 6 का निर्माण होता है। गणनाओं से पता चला है कि पहला आयोजन अधिक गतिज रूप से अनुकूल है (ΔG‡ ≈ 5.7–5.9 kcal/mol)। इस बीच, दूरगामी उत्पाद 6 5 (ΔG‡ ≈ 4.2-4.7 kcal/mol) की तुलना में अधिक ऊष्मागतिक रूप से स्थिर हैं और यह तथ्य ऊँचे तापमान पर 5 से 6 के समावयवीकरण का कारण बन सकता है। वास्तव में, 5 → 6 समावयवन के लिए पूर्वव्यापी-अंकपट्ट- एल्डर (पादप) प्रतिक्रिया के माध्यम से 5 के बाद अंतःअणुक [4 + 2]-साइक्लोडीशन के लिए चेन इंटरमीडिएट 4 में 6 देने के लिए 34.0-34.4 kcal/mol हैं।
पृथक रसायन में
एक एनोलेट आयन के प्रोटोनेशन में, गतिज उत्पाद एनोल होता है और ऊष्मागतिक उत्पाद एक कीटोन या एल्डिहाइड होता है। कार्बोनिल यौगिक और उनके एनोल तेजी से एसिड या बेस द्वारा उत्प्रेरित प्रोटॉन ट्रांसफर द्वारा तेजी से आदान-प्रदान करते हैं, यहां तक कि ट्रेस मात्रा में भी, इस स्थिति में एनोलेट या प्रोटॉन स्रोत द्वारा मध्यस्थता की जाती है।
एक असममित कीटोन के अवक्षेपण गतिज उत्पाद सबसे सुलभ α-H को हटाने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाला एनोलेट है, जबकि ऊष्मागतिक उत्पाद में अधिक उच्च प्रतिस्थापित एनोलेट अंश है।[7][8][9][10] कम तापमान और स्टरली दक्षतापूर्ण आधार का उपयोग गतिज चयनात्मकता को बढ़ाता है। यहाँ, आधार और एनोलेट के बीच pKb में अंतर इतना बड़ा है कि प्रतिक्रिया अनिवार्य रूप से अपरिवर्तनीय है, इसलिए ऊष्मागतिक उत्पाद के लिए अग्रणी संतुलन संभवतः गतिज एनोलेट और अभी तक अप्राप्य केटोन के बीच जोड़ के अतिरिक्त होने वाला एक प्रोटॉन विनिमय है। तेजी से मिश्रण के साथ एक व्युत्क्रम जोड़ इसे कम करेगा। संतुलन की स्थिति प्रतिघात और विलायक पर निर्भर करेगी।
यदि बहुत कमजोर आधार का उपयोग किया जाता है, तो अवक्षेपण अधूरा होगा, और अभिकारकों और उत्पादों के बीच एक संतुलन होगा। ऊष्मागतिक नियंत्रण प्राप्त किया जाता है, चूंकि प्रतिक्रिया तब तक अधूरी रहती है जब तक कि उत्पाद एनोलेट फंस न जाए, जैसा कि नीचे दिए गए उदाहरण में है। चूँकि H स्थानान्तरण बहुत तेज़ होता है, फँसाने की प्रतिक्रिया धीमी होती है, फंसे हुए उत्पादों का अनुपात काफी हद तक अवक्षेपण संतुलन को दर्शाता है।
इलेक्ट्रोफिलिक योगों में
कमरे के तापमान से ऊपर 1,3-ब्यूटाडाईन के लिए हाइड्रोजन ब्रोमाइड की इलेक्ट्रॉनरागी संकलन प्रतिक्रिया मुख्य रूप से ऊष्मागतिक रूप से अधिक स्थिर 1,4 संयुक्त, 1-ब्रोमो-2-ब्यूटेन की ओर ले जाती है, परंतु प्रतिक्रिया तापमान को कमरे के तापमान से कम करने से गतिज 1 का समर्थन होता है।[3]
अलग-अलग चयनों के लिए तर्क इस प्रकार है: दोनों उत्पाद स्थिति 1 पर मार्कोवनिकोव प्रोटॉनीकरण से उत्पन्न होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अनुनाद-स्थिर एलिलिक धनायन होता है। 1,4 अपडक्ट बड़े Br परमाणु को कम संकुलन वाली जगह पर रखता है और इसमें अधिक उच्च प्रतिस्थापित एल्केन अंश सम्मलित है, जबकि 1,2 आदी युग्मविकल्पी धनायन के कार्बन पर न्यूक्लियोफाइल (Br−) के हमले का परिणाम है। सबसे बड़ा सकारात्मक चार्ज ( अत्यधिक प्रतिस्थापित कार्बन सकारात्मक चार्ज के लिए सबसे संभावित स्थान है)।
विशेषताएं
- सिद्धांत रूप में, प्रत्येक प्रतिक्रिया शुद्ध गतिज नियंत्रण और शुद्ध ऊष्मागतिक नियंत्रण के बीच निरंतरता पर होती है। ये शब्द किसी दिए गए तापमान और समय के पैमाने के संबंध में हैं। एक प्रक्रिया कम तापमान और कम प्रतिक्रिया समय पर शुद्ध गतिज नियंत्रण तक पहुंचती है। पर्याप्त रूप से लंबे समय के पैमाने के लिए, कम से कम सिद्धांत रूप में, प्रत्येक प्रतिक्रिया शुद्ध ऊष्मागतिक नियंत्रण तक पहुंचती है।[11][12] जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, यह समय पैमाना छोटा होता जाता है।
- प्रत्येक प्रतिक्रिया में, सबसे पहले बनने वाला उत्पाद वह होता है जो सबसे आसानी से बनता है। इस प्रकार, प्रत्येक प्रतिक्रिया एक प्राथमिकता गतिज नियंत्रण के तहत प्रारंभ होती है।[13]
- ऊष्मागतिक नियंत्रण के लिए एक आवश्यक शर्त उत्क्रमणीयता या उत्पादों के बीच संतुलन की अनुमति देने वाला एक तंत्र है। प्रतिक्रियाओं को ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया नियंत्रण के तहत माना जाता है जब प्रतिलोम प्रतिक्रिया पर्याप्त रूप से तीव्र होती है कि संतुलन आवंटित प्रतिक्रिया समय के अन्दर खुद को स्थापित करता है। इस तरह, ऊष्मागतिक रूप से अधिक स्थिर उत्पाद हमेशा इष्ट होता है।
- गतिज प्रतिक्रिया नियंत्रण के तहत, संभावित उत्पादों के लिए अग्रणी एक या दोनों आगे की प्रतिक्रियाएं उत्पादों के बीच संतुलन की तुलना में काफी तेज हैं। प्रतिक्रिया समय T के बाद, उत्पाद अनुपात दर स्थिरांक k का अनुपात है और इस प्रकार सक्रियण ऊर्जा Ea या ΔG‡ में अंतर का एक कार्य है।
- (समीकरण 1)
- जब तक संतुलन को रोका नहीं जाता है, तब तक "विशुद्ध" गतिज नियंत्रण असंभव है, चूंकि अभिकारकों के पूरी तरह से उपभोग करने से पहले संतुलन की कुछ मात्रा होती है। व्यवहार में, लापरवाही से धीमी गति से संतुलन के कारण कई प्रणालियों को गतिज नियंत्रण के तहत संचालन के रूप में अच्छी तरह से अनुमानित किया गया है। उदाहरण के लिए, कई एनेंटिओसेलेक्टिव कैटेलिटिक सिस्टम लगभग एनेंटिओप्योर उत्पाद (> 99% ईई) प्रदान करते हैं, भले ही एनेंटिओमेरिक उत्पादों में समान गिब्स मुक्त ऊर्जा होती है और ऊष्मागतिक रूप से समान रूप से इष्ट हैं।
- विशुद्ध ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया नियंत्रण के तहत, जब संतुलन तक पहुंच गया है, तो उत्पाद वितरण स्थिरता G ° का एक कार्य होगा। अनंत प्रतिक्रिया समय के बाद, उत्पाद सांद्रता का अनुपात संतुलन स्थिरांक कुंजी के बराबर होगा और इसलिए गिब्स मुक्त ऊर्जा में अंतर का एक कार्य होगा,
- (समीकरण 2)
- सिद्धांत रूप में, "विशुद्ध" ऊष्मागतिक नियंत्रण भी असंभव है, चूंकि अनंत प्रतिक्रिया समय के बाद ही संतुलन प्राप्त होता है। व्यवहार में, यदि A और B समग्र दर स्थिरांक kf और kr के साथ परस्पर परिवर्तित होते हैं, तो अधिकांश व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, संरचना में परिवर्तन t ~ 3.5/(kf + kr), या लगभग पाँच अर्ध-जीवन और सिस्टम उत्पाद के बाद नगण्य हो जाता है अनुपात को ऊष्मागतिक नियंत्रण का परिणाम माना जा सकता है।
- सामान्य तौर पर, कम प्रतिक्रिया समय गतिज नियंत्रण का पक्ष लेते हैं, जबकि लंबी प्रतिक्रिया समय ऊष्मागतिक प्रतिक्रिया नियंत्रण का पक्ष लेते हैं। कम तापमान दोनों स्थितियों के सेट के तहत चयनात्मकता को बढ़ाएगा, चूंकि T दोनों स्थिति में भाजक में है। सबसे तेजी से बनने वाले उत्पाद की उपज को अनुकूलित करने के लिए आदर्श तापमान सबसे कम तापमान होगा जो उचित समय में प्रतिक्रिया को पूरा करना सुनिश्चित करेगा।[14] उष्मागतिकीय नियंत्रण के तहत एक प्रतिक्रिया के लिए आदर्श तापमान सबसे कम तापमान होता है जिस पर एक उचित समय में संतुलन स्थापित हो जाएगा।[15] यदि आवश्यक हो, तो सबसे स्थिर उत्पाद की ओर संतुलन को स्थानांतरित करने के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण को धीरे-धीरे ठंडा करके चयनात्मकता को बढ़ाया जा सकता है। जब उत्पाद स्थिरता में अंतर बहुत बड़ा होता है, तो उष्मागतिकीय रूप से नियंत्रित उत्पाद अपेक्षाकृत जोरदार प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत भी प्रभावी हो सकता है।
- यदि किसी दिए गए तापमान पर प्रतिक्रिया उष्मागतिकीय नियंत्रण में है, तो यह उसी प्रतिक्रिया समय के लिए उच्च तापमान पर उष्मागतिकीय नियंत्रण में भी होगी।
- इसी प्रकार, यदि कोई अभिक्रिया किसी दिए गए तापमान पर गतिज नियंत्रण में है, तो यह समान प्रतिक्रिया समय के लिए किसी भी कम तापमान पर भी गतिज नियंत्रण में होगी।
- यदि कोई मानता है कि गतिज नियंत्रण के तहत एक नई प्रतिक्रिया एक प्राथमिकता होगी, तो उत्पाद वितरण होने पर एक संतुलन तंत्र की उपस्थिति का पता लगा सकता है:
- समय के साथ बदलता है,
- एक उत्पाद को एक तापमान पर प्रमुखता दिखाता है जबकि दूसरा एक अलग तापमान पर प्रभावी होता है, या
- तापमान के साथ बदलता है परंतु समीकरण 1 के अनुरूप नहीं है, अर्थात् तापमान में उत्पाद अनुपात में बदलाव का कारण बनता है यह मानते हुए कि अकेले तापमान में परिवर्तन से अपेक्षा से बड़ा या छोटा है लघु तापमान सीमा पर तापमान के साथ काफी हद तक अपरिवर्तनीय है।[16]
- उसी तरह, गतिज नियंत्रण की संभावना का पता लगाया जा सकता है यदि तापमान परिवर्तन उत्पाद अनुपात में परिवर्तन का कारण बनता है जो कि समीकरण 2 के साथ असंगत है, यह मानते हुए कि लघु तापमान सीमा पर तापमान के साथ काफी हद तक अपरिवर्तनीय है।[17]
इतिहास
1944 में गतिज और ऊष्मागतिक नियंत्रण के बीच संबंधों पर सबसे पहले रिपोर्ट करने वाले R.B. वुडवर्ड और हेरोल्ड बेयर थे।[18] वे मेनिक एनहाइड्राइड और फुलवीन के बीच एक प्रतिक्रिया की फिर से जांच कर रहे थे, जिसकी सूचना सबसे पहले 1929 में ओटो डायल्स और कर्ट एल्डर ने दी थी।[19] उन्होंने देखा कि जब एंडो आइसोमर अधिक तेजी से बनता है, तो लंबे समय तक प्रतिक्रिया समय, साथ ही अपेक्षाकृत ऊंचा तापमान, उच्च एक्सो / एंडो अनुपात में परिणाम होता है, जिसे एक पर एक्सो-कंपाउंड की उल्लेखनीय स्थिरता के प्रकाश में माना जाना था। हाथ और दूसरे पर एंडो आइसोमर का बहुत सहज पृथक्करण होता है।
- ED ह्यूजेस और G कैचपोल के साथ C.K. इंगोल्ड ने स्वतंत्र रूप से 1948 में ऊष्मागतिक और गतिज प्रतिक्रिया नियंत्रण मॉडल का वर्णन किया है।[20] वे जैकब मीसेनहाइमर द्वारा 1930 में रिपोर्ट की गई एक निश्चित सहयोगी पुनर्व्यवस्था की फिर से जांच कर रहे थे।[21] एसिटिक एसिड में पोटेशियम एसीटेट के साथ गामा-फिनाइलॉल क्लोराइड का विलायक अपघटन गामा और अल्फा एसीटेट के मिश्रण को बाद में संतुलन द्वारा पहले में परिवर्तित करने के लिए पाया गया था। यह आयन-पुनर्संयोजन में गतिज और ऊष्मागतिक नियंत्रण के बीच अंतर के प्रोटोट्रॉपी में परिचित घटना के एनियोनोट्रॉपी के क्षेत्र में एक स्थिति के रूप में व्याख्या की गई थी।
संदर्भ
- ↑ Organic Chemistry, 3rd ed., M. A. Fox & J. K. Whitesell, Jones & Bartlett, 2004 ISBN 0-7637-2197-2
- ↑ A Guidebook to Mechanism in Organic Chemistry, 6th Edition, Peter Sykes, Pearson Prentice Hall, 1986. ISBN 0-582-44695-3
- ↑ 3.0 3.1 Introduction to Organic Chemistry I, Seth Robert Elsheimer, Blackwell Publishing, 2000 ISBN 0-632-04417-9
- ↑ Advanced Organic Chemistry Part A: Structure and Mechanisms, 5th ed., Francis A. Carey, Richard J. Sundberg, 2007 ISBN 978-0-387-44899-2
- ↑ Kseniya K. Borisova, Elizaveta A. Kvyatkovskaya, Eugeniya V. Nikitina, Rinat R. Aysin, Roman A. Novikov, and Fedor I. Zubkov. “A Classical Example of Total Kinetic and Thermodynamic Control. The Diels-Alder Reaction between DMAD and Bis-furyl Dienes.” J. Org. Chem., 2018, 83 (8), pp 4840-4850. doi:10.1021/acs.joc.8b00336 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.joc.8b00336
- ↑ Kseniya K. Borisova, Eugeniya V. Nikitina, Roman A. Novikov, Victor N. Khrustalev, Pavel V. Dorovatovskii, Yan V. Zubavichus, Maxim L. Kuznetsov, Vladimir P. Zaytsev, Alexey V. Varlamov and Fedor I. Zubkov. “Diels–Alder reactions between hexafluoro-2-butyne and bis-furyl dienes: kinetic versus thermodynamic control.” Chem. Commun., 2018, 54, pp 2850-2853. doi:10.1039/c7cc09466c http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c7cc09466c#!divAbstract
- ↑ Thermodynamic Product vs Kinetic Product
- ↑ Jean d'Angelo, Tetrahedron report number 25 : Ketone enolates: regiospecific preparation and synthetic uses, Tetrahedron, Volume 32, Issue 24, 1976, Pages 2979-2990, ISSN 0040-4020, doi:10.1016/0040-4020(76)80156-1
- ↑ The Chemistry of Carbanions. IX. The Potassium and Lithium Enolates Derived from Cyclic Ketones Herbert O. House, Barry M. Trost J. Org. Chem., 1965, 30 (5), pp 1341–1348 doi:10.1021/jo01016a001
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- ↑ Khopade, Tushar; Mete, Trimbak; Arora, Jyotsna; Bhat, Ramakrishna (2018). "एक Organocatalytic बहुघटक प्रतिक्रिया में Enantioselectivity पर उच्च उत्प्रेरक लोड हो रहा है और लंबे समय तक प्रतिक्रिया समय का एक प्रतिकूल प्रभाव". Chemistry: A European Journal. 24 (23): 6036–6040. doi:10.1002/chem.201800278. PMID 29465758.
- ↑ Rulli, Giuseppe; Duangdee, Nongnaphat; Baer, Katrin; Hummel, Werner; Berkessel, Albrecht; Gröger, Harald (2011). "काइनेटिक रूप से बनाम थर्मोडायनामिक रूप से नियंत्रित ऑर्गेनोकैटलिसिस की दिशा और केमोएंजाइमेटिक सिंथेसिस में इसका अनुप्रयोग". Angewandte Chemie International Edition. 50 (34): 7944–7947. doi:10.1002/anie.201008042. PMID 21744441. S2CID 42971817.
- ↑ Only if a subsequent equilibration is as fast or faster is this not true.
- ↑ Unless one is content with an incomplete reaction, whence a separation of product from unreacted starting material may be necessary.
- ↑ At worst, Keq will approach 1 as T rises and the proportion of the most stable product will tend toward 50% of the reaction mixture.
- ↑ will be temperature-independent or nearly so if is small, which would be the case if the rate-determining steps leading to each product were of the same molecularity, for instance if both involved collisions with the same reactant.
- ↑ will be temperature-independent or nearly so if is small, which would be the case if the overall transformations to each product were of the same molecularity, for instance if both were fragmentations of a molecule to produce a pair of molecules or if both were condensations of two molecules to give a single molecule.
- ↑ Studies on Diene-addition Reactions. II.1 The Reaction of 6,6-Pentamethylenefulvene with Maleic Anhydride R. B. Woodward, Harold Baer J. Am. Chem. Soc., 1944, 66 (4), pp 645–649 doi:10.1021/ja01232a042
- ↑ Diels, O. and Alder, K. (1929), Synthesen in der hydroaromatischen Reihe, IV. Mitteilung: Über die Anlagerung von Maleinsäure-anhydrid an arylierte Diene, Triene und Fulvene (Mitbearbeitet von Paul Pries). Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series), 62: 2081–2087. doi:10.1002/cber.19290620829
- ↑ Rearrangement and substitution in anionotropic systems. Part III. Mechanism of, and equilibrium in, anionotropic change A. G. Catchpole, E. D. Hughes and C. K. Ingold J. Chem. Soc., 1948, 8-17 doi:10.1039/JR9480000008
- ↑ Meisenheimer, J. and Link, J. (1930), Über die Verschiebung in der Allyl-Gruppe. 3. Mitteilung über Substitution und Addition. Justus Liebigs Annalen der Chemie, 479: 211–277. doi:10.1002/jlac.19304790114