Diagrammes énergétiques, états de transition et intermédiaires

Les diagrammes d’énergie sont utilisés pour représenter la variation d’énergie des molécules impliquées dans une réaction chimique.

L’énergie libre est mesurée le long de l’axe des y, et les coordonnées de la réaction sont tracées sur l’axe des x.

La coordonnée de réaction indique la progression de la conversion des réactifs en produits. Les pics sur le diagramme d’énergie représentent les états de transition, tandis que les vallées représentent les intermédiaires réactifs.

Au fur et à mesure que la réaction progresse, les réactifs passent par un état instable d’énergie libre maximale, appelé complexe activé, ou état de transition. Ils durent moins d’une picoseconde et ne peuvent pas être isolés. La capacité du réactif à atteindre un état de transition donné dépend de la valeur de l’énergie d’activation.

Le symbole de la double dague est utilisé pour décrire les états de transition. Si l’état de transition est facile à atteindre, la double dague delta-G associée est petite et la réaction est rapide. À l’inverse, si l’état de transition est difficile à atteindre, la double dague delta-G associée est grande et la vitesse de réaction est lente.

Selon le postulat de Hammond, dans un processus exothermique en une seule étape, la structure de l'état de transition ressemble beaucoup à celle des réactifs, car l'état de transition est plus proche en énergie des réactifs que des produits.

Pendant ce temps, dans un processus endothermique en une seule étape, la structure de l’état de transition ressemble beaucoup à celle des produits, car l’état de transition est plus proche en énergie des produits que des réactifs.

Un intermédiaire réactif correspond à un minimum d’énergie entre deux états de transition. Les intermédiaires hautement réactifs sont difficiles à isoler et ont une courte durée de vie, tandis que ceux à faible énergie ont une durée de vie plus longue.

Les intermédiaires réactifs les plus courants en chimie organique impliquent des radicaux carbonés ou des centres de carbone sans quatre liaisons. Par exemple, les carbocations agissent comme des accepteurs d’électrons et les carbanions agissent comme des donneurs d’électrons.