Vím, že v etanu je extra energie přítomná v zatměném konformátoru způsobena torzní zátěží.
V butanu prochází konformace gauche sterickým namáháním. Ale zatměná konformace při 0 stupních má značné množství jak sterického napětí, tak torzního napětí.
Jaký je rozdíl?
Odpověď
TL; DR Torzní napětí lze považovat za odpuzování způsobené elektrostatickými silami mezi elektrony v sousedních MO. Mezitím lze sterický kmen (také známý jako van der Waalsův kmen) považovat za odpuzování, když se dvě objemné skupiny, které nejsou navzájem přímo spojeny, stanou příliš blízko u sebe, a proto pro ně není dostatek místa.
Zde je podrobnější verze.
Torzní napětí
Pojďme uvažovat o molekule etanu. Vazba CC sigma se může volně otáčet a v zásadě existuje nekonečné množství možných konformací. Avšak pouze 2 jsou významné, jedná se o rozložené a zatmění konformace. Různé konformátory jsou obvykle vykreslovány jako Newmanovy projekce lze snadno navzájem srovnávat. Níže jsou Newmanovy projekce pro zatměný a střídavý přizpůsobovač:
Stálý konformátor je nejstabilnější konformátor, zatímco zatměný konformér je nejméně stabilní konformátor. bývalý je přibližně $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ stabilnější než zákrytový konformátor. Tento energetický rozdíl mezi těmito maximy a minimy se nazývá torzní bariéra .
Co je tedy torzní napětí? Důvodem, proč je konformátor zatmění vyšší energií než kterýkoli jiný konformér, je destabilizující elektrostatický odpor mezi elektronovými páry vazeb C-H sigma na dvou uhlících. Kromě toho existuje také stabilizační prvek, který je větší v rozloženém přizpůsobovači. V rozloženém konformeru existuje konstruktivní orbitální interakce zahrnující vazebné a anti-vazebné MO sousedních atomů H. To má za následek hyperkonjugaci, která sloučeninu stabilizuje.
Dva efekty, které Výše jsem se zmínil o tom, co znamená torzní napětí. Torzní napětí si tedy můžete představit jako napětí, které je výsledkem elektrostatických sil.
Steric Strain
Nyní pojďme zvážit butan. Rotace vazby $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma také vede k nekonečným možným konformérům. Níže jsou však zobrazeny 4 hlavní konformátory:
Zde jsou 2 typy zatměných konformátorů, které jsou nejméně stabilní z konformátorů. Ten nejstabilnější je známý jako zakrytý synový formulář . Synchronní forma má přibližně $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ vyšší energii než rozložený konformér. Důvodem lze částečně přičíst torzní napětí, protože mezi elektrony v orbitálech vázajících sigma dochází k odpuzování. Lze jej však do značné míry přičíst odpuzování dvou relativně objemných methylových skupin, protože se stávají příliš blízko u sebe a není pro ně dostatek prostoru.
Toto odpuzování je známé jako sterický kmen. Proto může být sterický kmen definován jako odpuzování, ke kterému dochází, když se nevázané skupiny, které nejsou přímo navázané, k sobě blíží příliš blízko. Toto odpuzování existuje pouze u objemných substituentů, jako jsou methylové nebo ethylové skupiny. Takže v etanu neexistuje žádná sterická překážka protože atomy vodíku nejsou tak objemné.
Komentáře
- Pěkná odpověď a pěkná přerušovaná čára v pravém dolním rohu projekce Newman;)
- Je ' pravděpodobně užitečné poukázat také na několik dalších věcí. Torzní napětí je definováno jako neexistující, když jsou konformace rozloženy, takže technicky neexistuje torzní napětí napětí na 60, 120 a 180. Torzní napětí také někdy existuje pouze mezi atomy oddělenými třemi bon ds, jako jsou vodíky v CH3-CH3, přesněji tyto tři vazby jsou H-CH2-CH2-H. Sterický kmen existuje pouze v atomech oddělených čtyřmi nebo více vazbami, například v propanu (H-CH2-CH2-CH2-H). ' Pravděpodobně je užitečnější uvažovat vazby více než čtyř, například butan.
- S výjimkou vlivu konstrukčního rušení MO způsobte obě torzní napětí a sterické napětí vzniká elektrostatickým odpuzováním?Když říkáte, že sterický kmen pochází z odpuzování objemných skupin, protože pro ně není dostatek prostoru, je to také odpor mezi elektrony těchto skupin, správně? Pokud jste ignorovali interferenční část MO, bylo by vhodné považovat sterické napětí za jisté, jisté, dodatečné torzní napětí?
- Díky za fantastickou odpověď. Chcete-li odpovědět na otázku lightweaver ', ano, dojde také k odpuzování elektronů, protože dvě objemné skupiny ' naplněné orbitály sigma bond navzájem a pociťují " naplněnou " 4 e-interakci, která je podobná výše uvedené ilustraci MO.
Odpověď
Pro zjednodušení torzní napětí je definován jako přetvoření, které zažívají vazby, když konformace nejsou rozloženy. Takže v jakémkoli jiném úhlu než 60, 120 nebo 180 existuje torzní napětí. Navíc torzní napětí může vždy existovat pouze v atomech oddělených pouze třemi vazbami .
Proto vodíky v etanu zažívají torzní napětí pouze tehdy a jsou nulové (technicky minimalizované), když „s rozloženy.
Sterický kmen existuje pouze v molekulách, které mají čtyři nebo více vazeb, protože sterický kmen je definován jako odpor mezi atomy na čtyřech nebo více vazbách oddělených od sebe navzájem vynuceně blíže, než by jejich van der Waalsův poloměr obvykle umožňoval.
V butanu níže je torzní napětí mezi dvěma centrálními uhlíky a vodíky z každé centrální methylenové skupiny. Atomy oddělené čtyřmi nebo více vazbami však zažívají sterické napětí. Sterická překážka nikdy nebude nulová, ale lze ji minimalizovat, když jsou atomy odděleny co největším prostorem.
Komentáře
- Jak se zvýší energie, pokud nic nepřidá energii molekule? Porušuje zákon zachování energie.