エネルギー図、遷移状態、中間体

エネルギー図は、化学反応に関与する分子のエネルギーの変化を表すために使用されます。

自由エネルギーはy軸に沿って測定され、反応座標はx軸にプロットされます。

反応座標は、反応物の生成物への変換の進行状況を示します。エネルギー図のピークは遷移状態を表し、谷は反応性中間体を表します。

反応が進行するにつれて、反応物は、活性化錯体または遷移状態と呼ばれる最大自由エネルギーの不安定な状態を通過します。それらは1ピコ秒未満持続し、分離することはできません。反応物が所定の遷移状態を達成する能力は、活性化エネルギーの値に依存します。

ダブルダガーの記号は、遷移状態を説明するために使用されます。遷移状態が達成されやすい場合、関連するdelta-Gダブルダガーは小さく、反応は高速です。逆に、遷移状態が達成しにくい場合、関連するdelta-Gダブルダガーは大きく、反応速度が遅くなります。

ハモンドの仮定によれば、シングルステップの発熱プロセスでは、遷移状態は生成物よりも反応物にエネルギーが近いため、遷移状態の構造は反応物の構造と非常によく似ています。

一方、シングルステップの吸熱プロセスでは、遷移状態のエネルギーが反応物よりも生成物に近いため、遷移状態の構造は生成物の構造とよく似ています。

反応性中間体は、2つの遷移状態間のエネルギー最小値に対応します。反応性の高い中間体は単離が難しく、寿命が短いのに対し、エネルギーが低い中間体は寿命が長くなります。

有機化学で最も一般的な反応性中間体は、炭素基または4つの結合を持たない炭素中心を含みます。例えば、カルボカチオンは電子受容体として働き、カルボアニオンは電子供与体として働きます。