En química , el estado de transición de una reacción química es una configuración particular a lo largo de la coordenada de reacción . Se define como el estado correspondiente a la energía potencial más alta a lo largo de esta coordenada de reacción. [1] A menudo está marcado con el símbolo de la doble daga (‡).
Como ejemplo, el estado de transición que se muestra a continuación ocurre durante la reacción SN 2 del bromoetano con un anión hidróxido :
El complejo activado de una reacción puede referirse al estado de transición o a otros estados a lo largo de la coordenada de reacción entre reactivos y productos , especialmente aquellos cercanos al estado de transición. [3]
Según la teoría del estado de transición , una vez que los reactivos han pasado por la configuración del estado de transición, siempre continúan formando productos. [3]
El concepto de estado de transición ha sido importante en muchas teorías sobre las velocidades a las que ocurren las reacciones químicas . Esto comenzó con la teoría del estado de transición (también conocida como teoría del complejo activado), que fue desarrollada por primera vez alrededor de 1935 por Eyring , Evans y Polanyi , e introdujo conceptos básicos en cinética química que todavía se utilizan en la actualidad. [ cita necesaria ]
Una colisión entre moléculas reactivas puede o no resultar en una reacción exitosa . El resultado depende de factores como la energía cinética relativa , la orientación relativa y la energía interna de las moléculas. Incluso si los participantes en la colisión forman un complejo activado, no están obligados a continuar y formar productos y, en cambio, el complejo puede descomponerse y convertirse en los reactivos. [ cita necesaria ]
Debido a que la estructura del estado de transición es un punto de silla de primer orden a lo largo de una superficie de energía potencial , la población de especies en una reacción que se encuentran en el estado de transición es insignificante. Dado que estar en un punto de silla a lo largo de la superficie de energía potencial significa que actúa una fuerza a lo largo de los enlaces con la molécula, siempre habrá una estructura de menor energía en la que el estado de transición puede descomponerse. Esto a veces se expresa afirmando que el estado de transición tiene una existencia fugaz , y que las especies solo mantienen la estructura del estado de transición durante la escala de tiempo de las vibraciones de los enlaces químicos (femtosegundos). Sin embargo, técnicas espectroscópicas hábilmente manipuladas pueden acercarnos tanto como lo permita la escala de tiempo de la técnica. Por ese motivo se desarrolló la espectroscopia IR femtoquímica y es posible sondear la estructura molecular muy cerca del punto de transición. A menudo, a lo largo de la coordenada de reacción, los intermedios reactivos están presentes con una energía no mucho menor que la de un estado de transición, lo que dificulta la distinción entre los dos.
Las estructuras de los estados de transición se pueden determinar buscando puntos de silla de primer orden en la superficie de energía potencial (PES) de las especies químicas de interés. [4] Un punto de silla de primer orden es un punto crítico de índice uno, es decir, una posición en el PES correspondiente a un mínimo en todas las direcciones excepto una. Esto se describe con más detalle en el artículo optimización de la geometría .
El postulado de Hammond-Leffler establece que la estructura del estado de transición se parece más a los productos o al material de partida, dependiendo de cuál tenga mayor entalpía . Un estado de transición que se parece más a los reactivos que a los productos se dice que es temprano , mientras que un estado de transición que se parece más a los productos que a los reactivos se dice que es tardío . Por tanto, el postulado de Hammond-Leffler predice un estado de transición tardío para una reacción endotérmica y un estado de transición temprano para una reacción exotérmica.
Se puede utilizar una coordenada de reacción adimensional que cuantifica el retraso de un estado de transición para probar la validez del postulado de Hammond-Leffler para una reacción particular. [5]
El principio de correlación estructura-estructura establece que los cambios estructurales que ocurren a lo largo de la coordenada de reacción pueden revelarse en el estado fundamental como desviaciones de las distancias de enlace y los ángulos de los valores normales a lo largo de la coordenada de reacción . [6] Según esta teoría, si la longitud de un enlace particular al alcanzar el estado de transición aumenta, entonces este enlace ya es más largo en su estado fundamental en comparación con un compuesto que no comparte este estado de transición. Una demostración de este principio se encuentra en los dos compuestos bicíclicos que se muestran a continuación. [7] El de la izquierda es un biciclo[2.2.2]octeno que, a 200 °C, extruye etileno en una reacción retro-Diels-Alder .
En comparación con el compuesto de la derecha (que, al carecer de un grupo alqueno , no puede producir esta reacción), se espera que la longitud del enlace carbono-carbono de la cabeza de puente sea más corta si la teoría se cumple, porque al acercarse al estado de transición este enlace gana un doble enlace. personaje. Para estos dos compuestos la predicción se sostiene basándose en la cristalografía de rayos X.
Una forma en que se produce la catálisis enzimática es estabilizando el estado de transición mediante electrostática . Al reducir la energía del estado de transición, se permite que una mayor población del material de partida alcance la energía necesaria para superar la energía de transición y proceder al producto.