Lihat sumber Kimia organik fisik

[[Berkas:Weinreb.png|jmpl|400px|Tinjauan kimia organik fisik pada [[sintesis kimia|sintesis]] [[keton]] dari [[amida]] [[Sintesis keton Winreb|Weinreb]] termasuk stabilitas [[zat antara]] tetrahedral diukur dari energinya.<ref>{{cite journal|last1=Nahm|first1=S.|last2=Weinreb|first2=S. M.|authorlink2=Steven M. Weinreb|journal=Tetrahedron Lett.|year=1981|volume=22|pages=3815–18|doi=10.1016/s0040-4039(01)91316-4|title=''N''-methoxy-''N''-methylamides as effective acylating agents|issue=39}}</ref><ref>{{cite book|last=Kürti|first=László|title=Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis|url=https://archive.org/details/strategicapplica0000kurt|year=2005|publisher=Elsevier Academic Press|location=London|isbn=0124297854|author2=Barbara Czakó |page=[https://archive.org/details/strategicapplica0000kurt/page/176 176]}}</ref>]]
'''Kimia organik fisik''', suatu istilah yang diperkenalkan oleh [[Louis Plack Hammett]] pada tahun [[1940]],<ref>{{cite book|author=Hammett, Louis P.|year=1940|title=Physical Organic Chemistry |url=https://archive.org/details/in.ernet.dli.2015.168388|location=New York |publisher=[[McGraw-Hill]]}}</ref> merujuk pada disiplin [[kimia organik]] yang berfokus pada hubungan antara [[struktur kimia|struktur]] dan [[reaktivitas (kimia)|reaktivitas kimia]], khususnya, menerapkan alat eksperimental [[kimia fisik]] untuk studi [[molekul organik]].<ref name=IUPAC>{{cite publication|last=Hammond|first=George S.|title=Physical organic chemistry after 50 years: It has  changed, but is it still there?|publication=Pure and Applied Chemistry|year=1997|volume=69|number=9|page=1919–22}}</ref> Titik fokus studi yang spesifik meliputi [[kinetika kimia|laju]] [[reaksi organik]], [[stabilitas kimia]] relatif dari bahan awal, [[zat antara]] reaktif, [[keadaan transisi]], dan produk [[reaksi kimia]], serta aspek [[solvasi]] non-kovalen dan interaksi [[gaya antarmolekul|molekul]] yang mempengaruhi reaktivitas kimia. Studi semacam itu memberikan kerangka teoretis dan praktis untuk memahami bagaimana perubahan struktur dalam konteks fasa larutan atau fasa padat mempengaruhi [[mekanisme reaksi]] dan [[laju reaksi]] untuk setiap [[kimia organik|reaksi organik]] yang menarik.

Ahli kimia organik fisik menggunakan pendekatan teoretis dan eksperimental untuk memahami masalah mendasar ini di [[kimia organik]], termasuk kalkulasi kimia dan [[termodinamika]] klasik, [[kimia kuantum|kuantum]] dan [[kimia komputasi]], serta eksperimen [[spektroskopi]] misalnya, [[resonansi magnetik nuklir|NMR]]), [[spektrometer|spektrometri]] (misalnya, pendekatan [[spektrometri massa|MS]]), dan [[kristalografi]]. Oleh karena itu, bidang tersebut memiliki aplikasi ke berbagai bidang yang lebih khusus, termasuk [[elektrokimia|elektro]] dan [[fotokimia]], [[kimia polimer|polimer]] dan [[kimia supramolekuler]], [[enzimologi]], dan [[biokimia]], serta untuk perusahaan komersial yang melibatkan [[proses kimia]], [[teknik kimia]], [[ilmu material]] dan [[nanoteknologi]] serta [[penemuan obat]].<ref name=Anslyn>{{cite book|last1=Dougherty|first1=Dennis A.|last2=Anslyn|first2=Eric V.|title=Modern Physical Organic Chemistry|year=2006|publisher=University Science Books|location=Sausalito, CA, USA|isbn=9781891389313}}</ref>

Selain itu, banyak penerima [[Hadiah Nobel dalam Kimia]] telah berkarya pada bidang kimia anorganik fisik, termasuk penerima pada tahun 2013: [[Martin Karplus]] (untuk studi teoretis-praktis mengenai struktur [[protein]] berkat aplikasi [[Persamaan Karplus]] dalam [[resonansi magnetik nuklir|NMR]], [[Michael Levitt]] dan [[Arieh Warshel]] untuk pengembangan model multiskala untuk sistem kimia kompleks.<ref>{{cite web|author=Nobel Media AB|title=All Nobel Prizes in Chemistry|url=http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/|accessdate=9 Februari 2014|date=8 Februari 2014|website=Nobel Prize Foundation}}</ref>

== Struktur kimia dan termodinamika ==

=== Termokimia ===
{{Main article|Termokimia|Termodinamika kimia}}
[[Berkas:Ice-calorimeter.jpg|jmpl|ka|[[Kalorimeter]] es pertama di dunia, digunakan pada musim dingin 1782-83, oleh [[Antoine Lavoisier]] dan [[Pierre-Simon Laplace]], untuk menentukan [[panas]] yang terbentuk dalam berbagai perubahan kimia.]]
Ahli kimia organik menggunakan alat [[termodinamika]] untuk mempelajari [[ikatan kimia|ikatan]], [[stabilitas kimia]], dan energetika sistem kimia. Hal ini mencakup percobaan untuk mengukur atau menentukan [[entalpi]] (ΔH), [[entropi]] (ΔS), dan [[energi bebas Gibbs]] (ΔG) dari reaksi, transformasi, atau isomerisasi. Ahli kimia dapat menggunakan berbagai analisis kimia dan matematis, seperti [[plot Van 't Hoff]], untuk menghitung nilai tersebut.

Konstanta empiris seperti [[energi disosiasi ikatan]], [[panas pembentukan standar]] (ΔH<sub>f</sub>°), dan [[panas pembakaran]] (ΔH<sub>c</sub>°) digunakan untuk memprediksi stabilitas molekul dan perubahan entalpi selama reaksi. Untuk molekul kompleks, nilai ΔH<sub>f</sub>° mungkin tidak tersedia tetapi dapat diperkirakan dengan menggunakan fragmen molekuler dengan [[panas]] pembentukan. Jenis analisis ini sering disebut sebagai [[teori kenaikan gugus Benson]], setelah ahli kimia Sidney Benson yang menghabiskan kariernya untuk mengembangkan konsep tersebut.<ref>{{cite journal|last=Cohen|first=N.|author2=Benson, S. W.|title=Estimation of heats of formation of organic compounds by additivity methods|journal=Chemical Reviews|date=1 November 1993|volume=93|issue=7|pages=2419–2438|doi=10.1021/cr00023a005}}</ref><ref>{{cite journal|last=Benson|first=Sidney W.|author2=Cruickshank, F. R. |author3=Golden, D. M. |author4=Haugen, Gilbert R. |author5=O'Neal, H. E. |author6=Rodgers, A. S. |author7=Shaw, Robert |author8= Walsh, R. |title=Additivity rules for the estimation of thermochemical properties|journal=Chemical Reviews|date=1 June 1969|volume=69|issue=3|pages=279–324|doi=10.1021/cr60259a002}}</ref>

Termokimia dari [[zat antara]] reaktif—[[karbokation]], [[karbanion]], dan [[Radikal (kimia)|radikal]]—juga menarik bagi ahli kimia organik fisik. Data penambahan kelompok tersedia untuk sistem radikal. Stabilitas karbokation dan karbanion dapat ditentukan menggunakan afinitas ion [[hidrida]] dan [[Konstanta disosiasi asam|nilai pK<sub>a</sub>]], berturut-turut.<ref name=Anslyn/>

=== Analisis konformasi ===
{{main article|Isomerisme konformasi}}
Salah satu metode utama untuk mengevaluasi stabilitas kimia dan energetika adalah [[Isomerisme konformasi|analisis konformasi]]. Ahli kimia organik menggunakan analisis konformasi untuk mengevaluasi berbagai jenis regangan yang terdapat dalam [[molekul]] untuk memprediksi produk reaksi.<ref>{{cite book|last1=Carey|first1=Francis A.|title=Organic Chemistry|year=2008|publisher=McGraw-Hill|location=Boston, MA, USA|isbn=9780073047874|edition=7th}}</ref> Regangan dapat ditemukan baik pada molekul asiklik dan siklik, yang memanifestasikan dirinya dalam sistem yang beragam seperti regangan torsional, [[regangan alilik]], [[regangan cincin]], dan [[gangguan pentana|regangan ''syn''-pentana]].<ref name=Anslyn/> [[Nilai A]] memberikan dasar kuantitatif untuk memprediksi [[konformasi kimia]] dari [[sikloheksana]] tersubstitusi, kelas penting dari senyawa organik siklik yang reaktivitasnya dipandu dengan kuat oleh efek konformasi. Nilai-A adalah perbedaan [[energi bebas Gibbs]] antara bentuk aksial dan ekuatorial dari sikloheksana tersubstitusi, dan dengan menambahkan nilai-A berbagai [[substituen]] maka memungkinkan untuk secara kuantitatif memprediksi konformasi yang disukai dari turunan sikloheksana.

[[Berkas:Cyclohexane elimination.jpg|jmpl|kiri|600px|[[Isomerisme konformasi|analisis konformasi]] dari [[reaksi eliminasi]] pada [[sikloheksana]] tersibstitusi. (A) [[Reaksi eliminasi|Reaksi E2]] [[antiperiplanar]] untuk membentuk sikloheksena tersubstitusi. Ini adalah produk utama yang terbentuk dan memiliki gugus ''tert''-butil dan gugus R<sub>3</sub> pada posisi ''sin'', relatif satu sama lain. (B) Reaksi E2 [[sinperiplanar]] untuk membentuk sikloheksena tersubstitusi. Ini adalah produk terbentuk yang terendah dan memiliki gugus ''tert''-butil dan gugus R<sub>3</sub> ditambahkan sebagai ''anti'' relatif satu sama lain.]]
Selain stabilitas molekuler, analisis konformasi digunakan untuk memprediksi produk reaksi. Satu contoh yang sering dikutip tentang penggunaan [[Isomerisme konformasi|analisis konformasi]] adalah [[reaksi eliminasi]] bi-molekuler (E2). Reaksi ini berlangsung paling cepat saat [[nukleofil]] menyerang spesi yang [[antiperiplanar]] ke gugus yang meninggalkannya. Sebuah analisis [[orbital molekul]] dari fenomena ini menunjukkan bahwa konformasi ini memberikan tumpang tindih terbaik antara [[elektron]] dalam orbital pengikat R-H σ ikatan yang mengalami serangan [[nukleofil]]ik dan orbital [[antiikatan]] σ* kosong dari ikatan R-X yang sedang dirusak.<ref name=Isaacs95>{{cite book|last=Isaacs|first=Neil S.|title=Physical Organic Chemistry|url=https://archive.org/details/physicalorganicc00neil|year=1995|publisher=Longman Scientific & Technical|location=Harlow, ESS, ENG|isbn=0582218632|edition=2nd}}</ref> Dengan memanfaatkan efek ini, [[Isomerisme konformasi|analisis konformasi]] dapat digunakan untuk merancang molekul yang memiliki reaktivitas yang meningkat.

Proses fisik yang menimbulkan hambatan rotasi ikatan [[alkana]] bersifat kompleks, dan hambatan ini telah dipelajari secara ekstensif melalui metode eksperimental dan teoretis.<ref>{{cite journal|last=Mo|first=Yirong|author2=Gao, Jiali|title=Theoretical Analysis of the Rotational Barrier of Ethane|journal=Accounts of Chemical Research|date=1 February 2007|volume=40|issue=2|pages=113–119|doi=10.1021/ar068073w}}</ref><ref>{{cite journal|last=Liu|first=Shubin|title=Origin and Nature of Bond Rotation Barriers: A Unified View|journal=The Journal of Physical Chemistry A|date=7 February 2013|volume=117|issue=5|pages=962–965|doi=10.1021/jp312521z}}</ref><ref>{{cite journal|last=Liu|first=Shubin|author2=Govind, Niranjan|title=Toward Understanding the Nature of Internal Rotation Barriers with a New Energy Partition Scheme: Ethane and-Butane|journal=The Journal of Physical Chemistry A|date=1 July 2008|volume=112|issue=29|pages=6690–6699|doi=10.1021/jp800376a}}</ref> Sejumlah artikel baru-baru ini telah menyelidiki keunggulan kontribusi [[efek sterik|sterik]], [[gaya antarmolekul|elektrostatik]], dan [[hiperkonjugasi]] kepada hambatan rotasi pada [[etana]], [[butana]], dan molekul yang lebih tersubstitusi.<ref>{{cite journal|last=Yamamoto|first=Takuhei|author2=Chen, Pi-Yu |author3=Lin, Guangxin |author4=Błoch-Mechkour, Anna |author5=Jacobsen, Neil E. |author6=Bally, Thomas |author7= Glass, Richard S. |title=Synthesis and rotation barriers in 2, 6-Di-(                            -anisyl) anisole|journal=Journal of Physical Organic Chemistry|date=1 October 2012|volume=25|issue=10|pages=878–882|doi=10.1002/poc.2939}}</ref>

=== Interaksi non-kovalen ===
{{Main article|Pengikatan nonkovalen}}

Ahli kimia menggunakan studi [[pengikatan nonkovalen]] molekul intramolekuler dan antarmolekul dalam molekul untuk mengevaluasi reaktivitas. Interaksi semacam itu meliputi, namun tidak terbatas pada, [[ikatan hidrogen]], [[gaya antarmolekul|interaksi elektrostatik]] antara molekul bermuatan, [[interaksi dipol-dipol]], [[interaksi pi|polar-π]] dan [[Interaksi kation-pi|kation-π]], [[Penumpukan (kimia)|π-susun]], [[kompleks transfer muatan|donor-akseptor]] kimia, dan [[ikatan halogen]]. Selain itu, [[hidrofobik|efek hidrofobik]] - asosiasi senyawa organik dalam air - adalah interaksi elektrostatik non-[[ikatan kovalen|kovalen]] bagi ahli kimia. Keadaan fisik yang tepat dari efek hidrofobik berasal dari banyak [[kekuatan entropik#kekuatan hidrofobik|interaksi kompleks]], namun diyakini merupakan komponen terpenting dari pengenalan [[air]] secara biologi.<ref name=Anslyn/> Contohnya, Xu dan Melcher ''et al.'' mengelusidasi dasar struktural untuk pengenalan asam folat oleh [[protein]] reseptor asam folat.<ref>{{cite journal|last=Chen|first=Chen|author2=Ke, Jiyuan |author3=Zhou, X. Edward |author4=Yi, Wei |author5=Brunzelle, Joseph S. |author6=Li, Jun |author7=Yong, Eu-Leong |author8=Xu, H. Eric |author9= Melcher, Karsten  |title=Structural basis for molecular recognition of folic acid by folate receptors|journal=Nature|date=14 July 2013|volume=500|issue=7463|pages=486–489|doi=10.1038/nature12327}}</ref> Interaksi yang kuat antara [[asam folat]] dan [[reseptor]] [[folat]] dikaitkan dengan [[ikatan hidrogen]] dan interaksi [[hidrofobik]]. Studi tentang interaksi non-kovalen juga digunakan untuk mempelajari ikatan dan [[kimia tuan rumah-tamu#kooperativitas|kooperativitas]] kimia dalam penyusunan [[kimia supramolekul|supramolekul]] dan [[senyawa makrosiklik]] seperti [[eter mahkota]], yang dapat bertindak sebagai tuan rumah bagi molekul tamu.

=== Kimia asam-basa ===
{{main article|Reaksi asam-basa}}
[[Berkas:PKa_phenol_vs_nitrophenol.svg|jmpl|ka|300px|Prinsip [[Efek induktif|induksi]] dan [[Resonansi (kimia)|resonansi]] dapat digunakan untuk menjelaskan perbedaan nilai [[konstanta disosiasi asam]] (atau pK<sub>a</sub>) pada [[fenol]] ('''A''') dan ''p''-nitrofenol ('''B'''). Pada '''B''', [[elektronegativitas]] [[senyawa nitro|gugus nitro]] menstabilkan basa konjugat ([[anion]] fenoksida) melalui induksi dan melalui resonansi dengan delokalisasi muatan negatif.]]

Sifat [[asam]] dan [[basa]] relevan dengan kimia organik fisik. Ahli kimia organik terutama berkaitan dengan asam/basa [[Teori asam-basa Brønsted–Lowry|Brønsted-Lowry]] sebagai donor/akseptor [[proton]] dan asam/basa [[Gilbert N. Lewis|Lewis]] sebagai akseptor/donor [[elektron]] dalam [[reaksi organik]]. Ahli kimia menggunakan serangkaian faktor yang dikembangkan dari kimia fisik — [[elektronegativitas]]/[[Efek induktif|induksi]], [[energi ikatan|kekuatan ikatan]], [[Resonansi (kimia)|resonansi]], [[hibridisasi]], [[aromatisitas]], dan [[solvasi]] — untuk memprediksi keasaman dan kebasaan relatif.

[[Teori HSAB|Prinsip asam/basa keras/lembut]] digunakan untuk memprediksi interaksi molekuler dan arah reaksi. Secara umum, interaksi antara molekul dengan jenis yang sama lebih disukai. Artinya, asam keras akan berasosiasi dengan basa keras, dan asam lunak dengan basa lunak. Konsep asam dan basa keras sering dieksploitasi dalam sintesis anorganik [[kompleks (kimia)|kompleks koordinasi]].

== Kinetika ==
{{main article|Kinetika kimia}}
Ahli kimia organik menggunakan dasar matematika kinetika kimia untuk mempelajari [[laju reaksi]] dan [[mekanisme reaksi]]. Tidak seperti termodinamika, yang berkaitan dengan stabilitas relatif produk dan reaktan (ΔG°) dan konsentrasi kesetimbangannya, studi tentang kinetika berfokus pada [[energi aktivasi|energi bebas aktivasi]] (ΔG<sup>‡</sup>) -- Perbedaan energi bebas antara struktur reaktan dan struktur keadaan transisi—dari sebuah reaksi, dan oleh karena itu memungkinkan ahli kimia untuk mempelajari proses [[kesetimbangan kimia|kesetimbangan]].<ref name=Anslyn/> Rumusan yang diturunkan secara matematis seperti [[Postulat Hammond]], [[Prinsip Curtin-Hammett]], dan [[Keterbalikan mikroskopis|teori keterbalikan mikroskopis]] sering diterapkan pada [[kimia organik]]. Ahli kimia juga telah menggunakan prinsip [[kendali reaksi termodinamika versus kinetik|kendali termodinamika versus kinetik]] untuk mempengaruhi produk reaksi.

=== Hukum laju ===
{{main article|Laju reaksi}}
Studi [[kinetika kimia]] digunakan untuk menentukan hukum laju untuk sebuah reaksi. Hukum laju memberikan hubungan kuantitatif antara laju [[reaksi kimia]] dan [[konsentrasi]] atau [[tekanan]] dari spesi kimia yang ada.<ref name=McQuarrie>{{cite book | last1=McQuarrie | first1=Donald A. | last2=Simon | first2= John D. | title=Physical Chemistry: A Molecular Approach | year=1997 | publisher=University Science Books | location=Sausalito, CA, USA |isbn=9780935702996 | edition=Rev. | url=https://books.google.com/books?isbn=0935702997 | accessdate=21 June 2015}}</ref> Hukum laju harus ditentukan dengan pengukuran eksperimental dan umumnya tidak dapat dijelaskan dari [[persamaan kimia]]. Hukum laju yang ditentukan secara eksperimental mengacu pada stoikiometri struktur [[keadaan transisi]] relatif terhadap struktur keadaan dasar. Penentuan hukum laju secara historis dilakukan dengan memantau konsentrasi reaktan selama reaksi melalui [[analisis gravimetri]], namun sekarang hampir secara eksklusif dilakukan melalui teknik [[spektroskopi]] yang cepat dan tidak ambigu. Dalam kebanyakan kasus, penentuan [[persamaan laju]] disederhanakan dengan menambahkan kelebihan yang besar ("banjir") kecuali pada salah satu reaktan.

=== Katalisis ===
{{main article|Katalisis}}
[[Berkas:Catalytic reaction coordinate.jpg|jmpl|ka|350px|'''Diagram energi koordinat reaksi untuk reaksi tanpa katalis dan engan katalis, yang terakhir tanpa dan dengan perubahan mekanisme.''' ''Jejak A.'' menyajikan jalur reaksi yang tidak terionisasi (jingga), dengan energi pengaktifannya yang bebas. ''Jejak B.'' menyajikan jalur reaksi katalis (biru), dengan energi pengaktifan relatif rendah yang diturunkan. ''Jejak C.'' menyajikan jalur reaksi kompleks dan berubah (coklat) untuk reaksi yang sama yang dilanjutkan dengan mekanisme yang berbeda yang melibatkan dua pereda [[zat antara]] reaktif.]]
Studi tentang [[katalisis]] dan reaksi katalitik sangat penting bagi bidang kimia organik fisik. Sebuah [[katalis]] berpartisipasi dalam reaksi kimia tetapi tidak dikonsumsi dalam proses.<ref name=McQuarrie /> Suatu katalis menurunkan penghalang [[energi aktivasi]] (ΔG<sup>‡</sup>), meningkatkan laju reaksi dengan menstabilkan struktur keadaan transisi atau mendestabilisasi reaksi kunci antara, dan karena hanya sejumlah kecil katalis yang dibutuhkan, ia dapat memberikan akses ekonomi jika tidak mahal atau sulit untuk mensintesis molekul organik. Katalis juga dapat mempengaruhi laju reaksi dengan mengubah [[mekanisme reaksi|mekanisme]] dari reaksi.<ref name=Anslyn/>

=== Efek isotop kinetik ===
{{main article|Efek isotop kinetik}}
Meskipun hukum laju menyediakan stoikiometri struktur [[keadaan transisi]], hal tersebut tidak memberikan informasi apapun tentang pemutusan atau pembentukan ikatan.<ref name=Anslyn/> Substitusi isotop dekat posisi reaktif sering menyebabkan perubahan laju reaksi. Substitusi [[isotop]] mengubah [[energi potensial]] zat antara reaksi dan keadaan transisi karena isotop yang lebih berat membentuk ikatan yang lebih kuat dengan [[atom]] lainnya. Massa atom mempengaruhi titik nol [[vibrasi molekul|keadaan vibrasi]] dari molekul terkait, ikatan yang lebih pendek dan lebih kuat dalam molekul dengan isotop lebih berat dan ikatan yang lebih lemah dan lebih lemah pada molekul dengan isotop cahaya.<ref name=Isaacs95/> Karena gerakan vibrasi sering akan berubah selama jalannya reaksi, karena pembuatan dan pemutusan ikatan, maka frekuensi akan terpengaruh, dan substitusi isotop dapat memberikan wawasan ke dalam mekanisme reaksi dan hukum laju.

=== Efek pelarut ===
{{main article|Efek pelarut}}
[[Pelarut]] dapat memiliki efek yang kuat terhadap [[kelarutan]], stabilitas, dan [[laju reaksi]]. Perubahan pelarut juga memungkinkan ahli kimia untuk mempengaruhi kontrol termodinamika atau kinetik dari reaksi. Reaksi berlangsung pada tingkat yang berbeda dalam pelarut yang berbeda karena perubahan distribusi muatan selama transformasi kimia. Efek pelarut dapat beroperasi pada struktur keadaan dasar dan/atau [[keadaan transisi]].<ref name=Anslyn/>

Contoh efek pelarut pada reaksi organik terlihat pada perbandingan [[Reaksi SN1|reaksi S<sub>N</sub>1]] dan [[Reaksi SN2|S<sub>N</sub>2]].

[[Berkas:Epimerization.jpg|jmpl|ka|400px|'''[[Efek pelarut]] dan [[epimerisasi]] dari [[pereaksi Grignard]] kiral.'''<ref name=GaoJACS13/> Bentuk ''cis'' pereaksi tersebut distabilkan, dan lebih disukai, dalam pelarut reaksi [[THF]], dibanding [[dietil eter]]; konstanta kesetimbangan yang lebih besar diamati pada [[THF]].]]
[[Pelarut]] juga dapat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap [[kesetimbangan termodinamika]] suatu sistem, misalnya seperti pada [[tautomerisasi keto-enol]]. Dalam pelarut [[Polaritas (kimia)|non-polar]] aprotik, bentuk [[enol]] sangat disukai karena pembentukan ikatan [[ikatan hidrogen|ikatan intramolekul]], sedangkan pada pelarut [[Polaritas (kimia)|polar]] aprotik, seperti [[metilena klorida]], bentuk [[enol]] kurang disukai karena interaksi antara pelarut polar dan [[diketon]] yang polar. Dalam pelarut protik, kesetimbangan terletak pada bentuk keto karena [[ikatan hidrogen|ikatan intramolekul]] bersaing dengan ikatan hidrogen yang berasal dari pelarut.<ref>{{cite journal|last=Mills|first=Sander G.|author2=Beak, Peter|title=Solvent effects on keto-enol equilibria: tests of quantitative models|journal=The Journal of Organic Chemistry|date=1 April 1985|volume=50|issue=8|pages=1216–1224|doi=10.1021/jo00208a014}}</ref><ref>{{cite journal|last=Emsley|first=John|author2=Freeman, Neville J.|title=β-diketone interactions|journal=Journal of Molecular Structure|date=1 October 1987|volume=161|pages=193–204|doi=10.1016/0022-2860(87)85074-3}}</ref><ref>{{cite journal|last=Schlund|first=Sebastian |author2=Basílio Janke, Eline M. |author3=Weisz, Klaus |author4=Engels, Bernd |title=Predicting the tautomeric equilibrium of acetylacetone in solution. I. The right answer for the wrong reason?|journal=Journal of Computational Chemistry|date=1 January 2009|doi=10.1002/jcc.21354}}</ref>

Sebuah contoh modern dari studi efek pelarut pada kesetimbangan kimia dapat dilihat dalam sebuah studi dari [[epimerisasi]] dari siklopropilnitril kiral dari [[pereaksi Grignard]].<ref name=GaoJACS13>{{cite journal|last=Gao|first=Ming |author2=Patwardhan, Neeraj N. |author3=Carlier, Paul R.|title=Stereochemical Inversion of a Cyano-Stabilized Grignard Reagent: Remarkable Effects of the Ethereal Solvent Structure and Concentration|journal=[[Journal of the American Chemical Society|J. Amer. Chem. Soc.]]|volume=135|issue=38|pages=14390–14400|doi=10.1021/ja407348s}}</ref> Studi ini melaporkan bahwa konstanta kesetimbangan untuk isomerisme [[isomerisme cis-trans|dari ''cis'' ke ''trans'']] dari [[pereaksi Grignard]] jauh lebih besar—preferensi untuk bentuk ''cis'' meningkat—dalam [[THF]] sebagai pelarut reaksi, lebih dari [[dietil eter]]. Namun, laju [[isomerisme cis-trans]] yang lebih cepat dalam THF mengakibatkan hilangnya kemurnian [[stereokimia]]. Hal ini adalah kasus di mana pemahaman efek [[pelarut]] pada stabilitas konfigurasi molekul pereaksi penting berkaitan dengan selektivitas yang diamati dalam sintesis asimetris.

== Kimia kuantum ==
{{main article|Kimia kuantum}}
Banyak aspek terkait hubungan reaktivitas-struktur dalam kimia organik dapat dirasionalisasi melalui [[resonansi (kimia)|resonansi]], elektron yang mendorong, induksi, aturan [[aturan oktet|delapan elektron]], dan [[hibridisasi]] orbital, tapi ini hanya formalisme yang membantu dan tidak mewakili realitas fisik. Karena keterbatasan ini, pemahaman sejati kimia organik fisik memerlukan pendekatan yang lebih ketat yang didasarkan pada [[fisika partikel]]. [[Kimia kuantum]] menyediakan kerangka teoretis yang ketat yang mampu memprediksi sifat molekul melalui perhitungan struktur elektronik molekul, dan telah menjadi alat yang tersedia dalam kimia organik fisik dalam bentuk paket perangkat lunak populer. Kekuatan kimia kuantum dibangun di atas model gelombang [[atom]], di mana nukleus [[inti atom]] adalah bola bermuatan sangat kecil yang dikelilingi oleh awan [[elektron]] yang menyebar. Partikel didefinisikan oleh [[fungsi gelombang]], sebuah persamaan yang berisi semua informasi yang terkait dengan partikel tersebut.<ref name=McQuarrie/> Semua informasi tentang sistem terkandung dalam fungsi gelombang. Informasi ini diambil dari fungsi gelombang melalui penggunaan [[operator]] matematika.
{{Equation box 1
|indent=:
|title='''Persamaan Schrödinger independen terhadap waktu''' (''umum'')
|equation=<math>E\Psi=\hat H \Psi</math>
|cellpadding
|border
|border colour = #50C878
|background colour = #ECFCF4}}
Energi yang terkait dengan [[fungsi gelombang]] tertentu, mungkin informasi terpenting yang terkandung dalam fungsi gelombang, dapat diekstraksi dengan memecahkan [[persamaan Schrödinger]] (di atas, Ψ adalah fungsi gelombang, E adalah energi, dan Ĥ adalah Operator Hamiltonian)<ref name=McQuarrie /> di mana [[operator Hamiltonian]] yang tepat diterapkan. Dalam berbagai bentuk persamaan Schrödinger, ukuran keseluruhan distribusi probabilitas partikel meningkat seiring dengan berkurangnya massa partikel. Untuk alasan ini, intimemiliki ukuran yang tidak berarti dalam kaitannya dengan elektron yang lebih ringan dan diperlakukan sebagai muatan titik dalam aplikasi praktis kimia kuantum.

Karena interaksi kompleks yang timbul dari penolakan elektron elektron, solusi aljabar dari persamaan Schrödinger hanya dimungkinkan untuk sistem dengan satu elektron seperti atom [[hidrogen]], H<sub>2</sub><sup>+</sup>, H<sub>3</sub><sup>2+</sup>, dll.; namun, dari model sederhana ini muncul orbital orbital [[orbital atom]] (s, p, d, f) dan ikatan (σ, π) yang baru. Dalam sistem dengan banyak elektron, fungsi gelombang multielektron secara keseluruhan menggambarkan semua sifat mereka sekaligus. Fungsi gelombang tersebut dihasilkan melalui penambahan linear dari fungsi gelombang elektron tunggal untuk menghasilkan tebakan awal, yang berulang kali dimodifikasi sampai energi yang terkait diminimalkan. Ribuan tebakan sering dibutuhkan sampai ditemukan solusi yang memuaskan, jadi perhitungan semacam itu dilakukan oleh komputer yang kuat. Yang penting, solusi untuk atom dengan banyak elektron memberi sifat seperti diameter dan [[elektronegativitas]] yang mencerminkan data eksperimental dan pola yang ditemukan di [[tabel periodik]]. Solusi untuk molekul, seperti [[metana]], memberikan representasi yang tepat dari [[struktur elektronik]] mereka yang tidak dapat diperoleh dengan metode eksperimental. Alih-alih empat ikatan-σ diskrit dari karbon ke setiap atom hidrogen, teori memprediksi satu set dari empat orbital molekul ikatan yang terdistribusi di seluruh molekul. Demikian pula, struktur elektronik [[1,3-butadiena]] sebenarnya menunjukkan delokalisasi [[orbital molekul]] ikatan-π yang merentang melalui keseluruhan molekul daripada dua ikatan rangkap terisolasi seperti yang diperkirakan oleh [[Struktur Lewis]] yang sederhana.

Struktur elektronik lengkap menawarkan daya prediktif yang hebat untuk transformasi dan dinamika organik, terutama dalam kasus molekul [[aromatik]], [[ikatan majemuk|sistem-π]], [[organologam|logam antara ion logam dan molekul organik]], molekul yang mengandung [[heteroatom]] yang tidak biasa seperti [[kimia organoselenium|selenium]] dan [[kimia organoboron|boron]], dan [[isomerisme konformasi|konformasi dinamik]] molekul besar seperti [[protein]] dimana banyak perkiraan dalam formalisms kimia membuat prediksi struktur dan reaktivitas tidak mungkin dilakukan. Contoh bagaimana penentuan struktur elektronik adalah alat yang berguna untuk kimia organik fisik adalah katalisisasi katalis logam [[benzena]]. [[(Benzena)kromium trikarbonil|Kromium trikarbonil]] sangat [[elektrofil]]ik karena penarikan [[kerapatan elektron]] dari orbital [[kromium]] yang terisi menjadi [[karbon monoksida|CO]] [[antiikatan]]. Orbital, dan mampu ber[[ikatan kovalen]] ke permukaan molekul benzena melalui delokalisasi [[orbital molekul]]. [[Ligan]] CO secara induktif menarik kerapatan elektron dari benzena melalui atom [[krom]], dan secara dramatis mengaktifkan benzena pada serangan [[nukleofil]]ik. Nukleofil kemudian dapat bereaksi untuk membuat heksasiklodiena, yang dapat digunakan dalam transformasi lebih lanjut seperti [[Reaksi Diels-Alder|sikloadisi Diels Alder]].<ref>{{cite journal|last=Semmelhack|first=M. F.|author2=Hall, H. T. |author3=Yoshifuji, M. |title=.eta.5-Cyclohexadienyltricarbonylchromium(0) intermediates in the reaction of carbanions with .eta.6-arenetricarbonylchromium(0)|journal=Journal of the American Chemical Society|date=1 September 1976|volume=98|issue=20|pages=6387–6389|doi=10.1021/ja00436a056}}</ref>

[[Berkas:Chromium Promoted Dearomatization of Benzene.tif|jmpl|pus|500px|Orbital-d kromium yang tak terisi yang memediasi penarikan elektron dari benzena, sangat meningkatkan elektrofilisitasnya.]]

Kimia kuantum juga dapat memberikan wawasan tentang mekanisme transformasi organik tanpa pengumpulan data eksperimen apapun. Karena fungsi gelombang memberikan energi total dari keadaan molekul tertentu, geometri molekuler yang dapat diperkirakan dapat dioptimalkan untuk memberi struktur molekul santai yang sangat mirip dengan yang ditemukan melalui metode eksperimental.<ref>{{cite book|last=Schaefer III|first=Henry F. | title=Quantum Chemistry: The Development of ''ab initio'' Methods in Molecular Electronic Structure Theory | year=2004 | publisher=R.R. Donnelly (Courier, Dover) | location=Chicago, IL, USA | isbn=0486432467 | url=https://books.google.com/books?isbn=0486432467 | accessdate= 21 June 2015}}</ref> [[Koordinat reaksi]] kemudian dapat disimulasikan, dan struktur [[keadaan transisi]] dipecahkan. Memecahkan permukaan energi yang lengkap untuk reaksi tertentu oleh karena itu dimungkinkan, dan perhitungan tersebut telah diterapkan pada banyak masalah dalam kimia organik dimana data kinetik tidak tersedia atau sulit diperoleh.<ref name=Anslyn/>

== Spektroskopi, spektrometri, dan kristalografi ==
Kimia organik fisik sering memerlukan identifikasi struktur molekul, dinamika, dan konsentrasi reaktan selama reaksi berlangsung. Interaksi molekul dengan cahaya mampu menghasilkan banyak data tentang sifat-sifat semacam itu melalui eksperimen [[spektroskopi]] yang tidak merusak diserap, saat energi foton sesuai dengan perbedaan energi antara dua [[tingkat energi|keadaan]] dalam sebuah molekul dan dipancarkan ketika keadaan tereksitasi dalam molekul turun ke keadaan energi yang lebih rendah. Teknik spektroskopi secara luas diklasifikasikan menurut jenis eksitasi yang diperiksa, seperti spektroskopi [[spektroskopi inframerah|vibrasi]], [[spektroskopi rotasi|rotasi]], [[spektroskopi ultraviolet-tampak]], [[resonansi magnetik nuklir]] (NMR), dan [[resonansi elektron paramagnetik]]. Selain data spektroskopi, penentuan struktur sering dibantu oleh data pelengkap yang dikumpulkan dari percobaan [[kristalografi|difraksi sinar-X]] dan eksperimen [[spektrometri massa]].<ref name=drago>{{cite book|last=Drago|first=Russell S.|title=Physical Methods for Chemists|year=1992|publisher=Saunders|location=Ft. Worth, TX, USA|isbn= 9780030970375|edition=2nd|url=https://books.google.com/books?isbn=0030970377|accessdate=22 June 2014}}{{page needed|date=June 2015}}</ref>

== Lihat pula ==
* ''[[Journal of Physical Organic Chemistry]]''
* [[Kimia fisik]]
* [[Kimia bioanorganik]]
* [[Biofisika]]

== Referensi ==
{{Reflist|30em}}

== Bacaan lebih lanjut ==

;Umum
{{refbegin}}
* Peter Atkins & Julio de Paula, 2006, "Physical chemistry," 8th Edn., New York, NY, USA:Macmillan, {{ISBN|0716787598}}, see [https://books.google.com/books?isbn=0716787598], diakses tanggal 22 Juni 2015. [Mis., lihat hal.&nbsp;422 untuk penjelasan grup teoretis/simetri dari [[orbital atom]] yang berkontribusi pada pengikatan [[metana]], CH<sub>4</sub>, dan hal.&nbsp;390f untuk estimasi energi pengikatan elektron-π pada [[1,3-butadiena]] oleh metode Hückel.]
* Thomas H. Lowry & Kathleen Schueller Richardson, 1987, ''Mechanism and Theory in Organic Chemistry,'' 3rd Edn., New York, NY, USA:Harper & Row, {{ISBN|0060440848}}, see [https://books.google.com/books?isbn=0060440848], diakses tanggal 20 Juni 2015.
* Michael B. Smith & Jerry March, 2007, "March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure," 6th Ed., New York, NY, USA:Wiley & Sons, {{ISBN|0470084944}}, see [https://books.google.com/books?isbn=0470084944], diakses tanggal 19 Juni 2015.
* Francis A. Carey & Richard J. Sundberg, 2006, "Title Advanced Organic Chemistry: Part A: Structure and Mechanisms," 4th Edn., New York, NY, USA:Springer Science & Business Media, {{ISBN|0306468565}}, see [https://books.google.com/books?isbn=0306468565], diakses tanggal 19 Juni 2015.
{{refend}}

;Sejarah
{{refbegin}}
* {{cite journal|last=Hammond|first=George S.|title=Physical organic chemistry after 50 years: It has  changed, but is it still there?|journal=[[Pure and Applied Chemistry|Pure Appl. Chem.]]|year=1997|volume=69|issue=9|pages=1919–22|doi=10.1351/pac199769091919|url=http://pac.iupac.org/publications/pac/pdf/1997/pdf/6909x1919.pdf|accessdate=20 Juni 2015}} [Titik awal yang luar biasa dalam sejarah lapangan, dari kontributor penting, referensi dan diskusi tentang teks Hammett awal, dll.]
{{refend}}

;Termokimia
{{refbegin}}
* [[L. K. Doraiswamy]], 2005, "Estimation of properties of organic compounds (Ch. 3)," pp.&nbsp;36–51, 118-124 (refs.), dalam ''Organic Synthesis Engineering,'' Oxford, Oxon, ENG:Oxford University Press, {{ISBN|0198025696}}, lihat [https://books.google.com/books?isbn=0198025696], diakses tanggal 22 Juni 2015. [Bab buku ini meneliti berbagai sifat fisik dan estimasi mereka, termasuk daftar sifat termokimia yang sempit yang muncul dalam artikel WP bulan Juni 2015, menempatkan Benson dkk. Metode di samping banyak metode lainnya. L. K. Doraiswamy adalah ''Anson Marston Distinguished Professor of Engineering'' di [[Iowa State University]].
* Karl K. Irikura & David J. Frurip, 1998, "Computational thermochemistry," in ''Computational Thermochemistry: Prediction and Estimation of Molecular Thermodynamics'' (Vol., 677 of ACS Symposium Series, Karl K. Irikura, David J. Frurip, Eds.), hal.&nbsp;1–18, {{ISBN|0841235333}}, DOI 10.1021/bk-1998-0677.ch001, Washington, DC, USA:American Chemical Society lihat [http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/bk-1998-0677.ch001] dan [https://books.google.com/books?isbn=0841235333], diakses tanggal 22 Juni 2015. [Tinjauan Seri Simposium ACS tentang pendekatan luas untuk menghitung sifat termokimia, termasuk diskusi tentang pembatasan metode aditifivitas gugus.]
{{refend}}
{{CabangKimia}}

{{DEFAULTSORT:Kimia Organik Fisik}}
[[Kategori:Kimia organik fisik| ]]
[[Kategori:Kimia organik]]
[[Kategori:Kimia fisik]]