Kontrol Termodinamika dan Kontrol Kinetika dalam Sintesis Senyawa Organik

Kontrol Termodinamika dan Kontrol Kinetika

 

Kinetika kimia adalah ilmu yang mempelajari laju reaksi kimia, faktor yang mempengaruhi dan kaitannya terhadap mekanisme reaksi. Sedangkan termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas dan energi. Pada reaksi kimia organik, kontrol termodinamika merupakan energi bebabs Gibbs (∆G) yang menyatakan reaksi yang berlangsung spontan jika ∆G < 0, dan mengutamakan kestabilan produk. Sedangkan kontrol kinetika merupakan tingkat reaksi atau harga orde yang menentukan harga konstanta kecepatan reaksi (k) dan energi aktivasi (Ea) yang berguna dalam penentuan laju atau kecepatan reaksi. Reaksi ini akan semakin cepat jika harga k juga semakin besar atau harga Ea yang semakin kecil.

 

Pada reaksi diatas, terbentuk 2 produk berupa produk B dan produk C. Energi bebas dari ∆G_C < ∆G_B sehingga produk C lebih cepat terbentuk sesuai yang dikatakan terkontrol secara kinetik, namun produk B yang terbentuk lebih stabil daripada produk C. Pada reaksi yang reversibel,  reaksi yang telah mendekati kesetimbangan produk C mula-mula membentuk kembali reaktan A dan produk B yang lebih stabil tidak berkurang banyak (kembali tapi sedikit disebabkan kestabilannya). Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa produk B tersebut terkontrol secara termodinamika.

Produk tersebut dikatakan terkontrol secara kinetika saat tidak ada satu pun reaksi yang reversibel (irreversible) dan produk utamanya terbentuk sangat cepat. Sedangkan produk yang terkontrol secara termodinamika saat reaksi mendominasi yaitu reaksi reversibel dan produk yang dihasilkan merupakan produk yang paling stabil. Produk dari kontrol termodinamika merupakan produk yang memiliki temperatur tinggi, sedangkan produk dari kontrol kinetika merupakan produk yang memiliki temperatur lebih rendah. Pada produk kontrol kinetika memiliki energi aktivasi yang lebih rendah sehingga lebih mudah berlangsung, sedangkan produk kontrol termodinamika itu terstruktur yang lebih stabil atau  memiliki energi aktivasi yang tinggi.

Kontrol termodinamika dan kontrol kinetika pada reaksi kimia dapat menentukan komposisi dari campuran produk reaksi saat jalur bersaingan mengarah pada produk berbeda dan selektivitas karna pengaruh kondisi reaksi tersebut. Pada kondisi reaksi ini (suhu, tekanan atau pelarut) dapat mempengaruhi jalur reaksi, oleh sebab itu kontrol termodinamika atau kinetik merupakan satu kesatuan dari suatu reaksi kimia. Kedua kontrol tersebut disebut sebagai faktor termodinamika dan faktor kinetika. Berikut ini adalah uraian dari kedua faktor tersebut :

1. Faktor termodinamika (stabilitas realitif dari produk). Pada suhu tinggi, reaksi berada di bawah kontrol termodinamika (ekuilibrium, kondisi reversibel) dan produk utamanya berada pada system yang lebih stabil.
2.  Faktor kinetik (kecepatan pembentukan produk). Pada suhu rendah, reaksi berada di bawah kontrol kinetik (tingkat, kondisi irreversible) dan produk utamanya merupakan produk hasil dari reaksi tercepat.

Contoh :

 

Pada reaksi diatas dapat dilihat bahwa produk A berlangsung lebih cepat dibandingkan produk B. hal ini disebabkan oleh basa yang lebih mudah menyerang atom H pada posisi keenam daripada pada posisi kedua. Produk B lebih satabil secara termodinamika dibandingkan produk A (∆G lebih rendah), tetapi produk A lebih cepat terbentuk (∆G lebih rendah), sehingga dapat dikatakan bahwa produk tersebut terkontrol secara kinetik. Namun, jika reaksi reversibel dan dibiarkan hingga mendekati kesetimbangan maka produk yang dominan yaitu B. di bawah kondisi tersebut, produk A yang mula-mula terbentuk kembali ke keadaan awal dan produk B yang lebih stabil tidak akan berkurang banyak. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa produk tersebut terkontrol secara termodinamik.

 

Permasalahan:

1. Kondisi reaksi seperti suhu, tekanan atau pelarut mempengaruhi jalur reaksi. Pada temperatur tinggi, reaksi dibawah kontrol termodinamika. Sedangkan pada temperatur rendah, reaksi di bawah kontrol kinetika. Jika reaksi berada pada temperatur ruang, apakah kontrol termodinamika atau kinetika yang mengendalikan reaksi tersebut? Jelaskan ! (Kelantan)
2. Mengapa suhu dijadikan sebagai kunci utama atau faktor utama dalam kestabilan relatif dan kecepatan relatif dalam mengontrol sintesis senyawa kimia organik supaya produk yang diperoleh lebih stabil dan banyak ? (Bella)
3. Dikatakan bahwasanya, kondisi reaksi seperti suhu, tekanan, pelarut akan mempengaruhi jalur reaksi mana yang lebih disukai, yakni terkendali secara kinetik maupun termodinamika. Dan kondisi tersebut hanya berlaku jika adanya energi aktivasi dari dua jalur yang berbeda. Nah, mengapa energi aktivasi menjadi faktor penting untuk mengetahui jalur mana yang lebih disukai yakni antara kontrol kinetika maupun termodinamika? (Khusnul)
4. Bagaimanakah pengaruh kontrol kinetika maupun kontrol termodinamika terhadap energi yang dihasilkan dalam suatu reaksi? (Vika)
5. Hal apa yang harus diperhatikan atau dilakukan dalam kontrol kinetika dan kontrol termodinamika untuk didapatnya produk hasil reaksi yang stabil? (Jony)
6. Sebagaimana contoh yang telah saya paparkan, dinyatakan bahwa pada kontrol termodinamika produk yang terbentuk ialah B dengan suhu tinggi, apakah produk B ini tidak akan terbentuk jika suhu yang di gunakan ialah suhu rendah? (Dewi)
7. Mengapa energi bebas produk dalam suatu reaksi harus lebih kecil dari pada energi reaktan yang menghasilkan ∆G negatif? (Andrika)

Link Video Diskusi (jawaban permasalahan)

https://youtu.be/jCmt-jiFUy0