Prima di tutto, discutiamo cosa intendiamo per prodotti "cinetici" e "termodinamici". Il prodotto cinetico è il primo prodotto formato, quello che forma il più veloce, quello con la maggiore costante di velocità. La costante di velocità, k, può essere descritta usando l'equazione di Arrhenius $$ \ mathrm {k = Ae ^ {\ frac {-Ea} {RT}}} $$ dove A è il fattore pre-esponenziale, una misura della probabilità di una collisione riuscita. Ea è l'energia di attivazione, l'energia necessaria per superare la barriera di reazione, R è la costante dei gas e T è la temperatura in Kelvin.
Di solito, in una serie di composti correlati come abbiamo qui, il fattore A (che è un numero molto grande per cominciare, quindi dovrebbe cambiare di una grande quantità per alterare il corso di una reazione ) si presume rimanga relativamente invariato. Di conseguenza l'energia di attivazione è vista come il fattore di controllo in termini di quale via di reazione è favorita.
Il prodotto termodinamico è il prodotto con la più bassa energia di formazione, il prodotto più stabile .
In una reazione in cui si possono formare più prodotti, il prodotto termodinamico potrebbe essere lo stesso del prodotto cinetico, oppure potrebbe essere diverso.
Due esempi per chiarire ulteriormente i prodotti cinetici e termodinamici possono essere trovati in questa risposta precedente che descrive la reazione di Diels-Alder tra ciclopentadiene e anidride maleica. L'isomero endo viene formato per primo: è il prodotto cinetico, ma se la reazione viene eseguita in condizioni che consentono l'equilibrio, alla fine il prodotto eso più stabile sarà predominante. Un altro esempio può essere trovato nella solfonazione del naftalene dove inizialmente si forma l'acido naftalen-1-solfonico (il prodotto cinetico), ma al riscaldamento si equilibrerà e si riorganizzerà nell'isomero 2 più stabile. p>
Un punto chiave qui è che, affinché il prodotto cinetico si riorganizzi nel prodotto termodinamico, la reazione deve essere reversibile nelle condizioni di reazione.
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si potrebbe anche sostenere che il prodotto di estrema sinistra è il prodotto cinetico?
Tecnicamente, secondo il tuo diagramma, il la risposta è "no". Non ci sono frecce di equilibrio nel diagramma di reazione, quindi se il prodotto all'estrema sinistra fosse il prodotto cinetico sarebbe osservato.
Ma forse hai inavvertitamente tralasciato le frecce di equilibrio, quale sarebbe la risposta se includessi loro? Tutti e 3 i possibili prodotti sono piuttosto analoghi, quindi per i principianti ci aspetteremmo fattori A simili nei 3 percorsi e guardare alle differenze nelle energie di attivazione per decidere quale è il percorso preferito (prodotto cinetico). Il tuo prodotto a sinistra richiede un carbocatione terziario come intermedio, gli altri due prodotti richiedono un carbocatione allilico stabilizzato per risonanza che è ulteriormente stabilizzato da un sostituente metilico. Quest'ultimo carbocatione ha un'energia inferiore (stabilizzazione della risonanza più stabilizzazione induttiva e iperconiugativa da parte del gruppo metilico) e quindi il prodotto cinetico ne deriverà.
Delle due strutture di risonanza allile che hai disegnato, quella a destra avrà un po 'più di importanza in termini di descrizione dell'effettivo carbocatione allilico dovuto alla stabilizzazione metilica sopra descritta. Quindi mi aspetto che il prodotto cinetico comporti un attacco al carbonio allilico metilato portando il tuo prodotto di estrema destra a essere il prodotto cinetico .
L'attacco all'altro terminale allilico produce un prodotto con un gruppo metile sul doppio legame. Sappiamo dal calore di formazione che l'alchilazione di un doppio legame stabilizza il sistema (perché gli elettroni si stanno spostando da un'energia più alta [$ \ ce {sp ^ 3} $] a una più bassa [$ \ ce {sp ^ 2} $]). Quindi, il tuo prodotto intermedio è un possibile prodotto termodinamico. La tua molecola all'estrema sinistra contiene anche un doppio legame trisostituito, potrebbe anche apparire come un prodotto termodinamico.
La presenza o meno dell'equilibrio tra i prodotti cinetici e termodinamici dipende dalle condizioni di reazione. Supponendo che l'equilibrio sia possibile, tempi di reazione brevi a basse temperature favoriranno la formazione del prodotto cinetico, mentre temperature più elevate e tempi di reazione più lunghi faciliteranno la trasformazione del prodotto cinetico nel prodotto termodinamico.