¿Cuál es la diferencia entre la deformación estérica y la deformación torsional?

TL; DR La deformación torsional se puede considerar como la repulsión debida a las fuerzas electrostáticas entre electrones en OM adyacentes. Mientras tanto, la tensión estérica (también conocida como tensión de van der Waals) se puede pensar como la repulsión cuando dos grupos voluminosos que no están directamente unidos entre sí se acercan demasiado entre sí y, por lo tanto, no hay suficiente espacio para ellos.

Aquí está la versión más detallada.

Deformación torsional

Consideremos una molécula de etano. El enlace sigma CC es libre de rotar y, en principio, hay un número infinito de conformaciones posibles. Sin embargo, solo 2 son significativas, estas son conformaciones escalonadas y eclipsadas. Los diferentes conformadores generalmente se dibujan como proyecciones de Newman ya que se pueden comparar fácilmente entre sí. A continuación se muestran las proyecciones de Newman para el conformador eclipsado y escalonado:

El conformador escalonado es el conformador más estable mientras que el conformador eclipsado es el conformador menos estable. el primero es aproximadamente $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ más estable que el conformador eclipsado. Esta diferencia de energía entre estos máximos y mínimos se conoce como la barrera de torsión .

Entonces, ¿qué es la tensión de torsión? La razón por la que el conformador del eclipse es de mayor energía que cualquier otro confórmero se debe a la repulsión electrostática desestabilizadora entre los pares de electrones de los enlaces sigma C-H en los dos carbonos. Además, también existe una característica estabilizadora que es mayor en el conformador escalonado. En el confórmero escalonado hay una interacción orbital constructiva que involucra los OM de enlace y anti-enlace de los átomos de H adyacentes. Esto da como resultado una hiperconjugación que estabiliza el compuesto.

Los dos efectos que Lo que he mencionado anteriormente es a lo que se refiere la tensión torsional. Entonces, puede pensar en la deformación torsional como la deformación que es el resultado de fuerzas electrostáticas.

Cepa estérica

Consideremos ahora el butano. La rotación del enlace $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma también conduce a infinitos posibles conformadores. Sin embargo, hay 4 conformadores principales que se muestran a continuación:

Aquí hay 2 tipos de confórmeros eclipsados que son los menos estables de los confórmeros. El más inestable se conoce como forma de sincronización eclipsada . La forma syn es aproximadamente $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ más alta en energía que el conformador escalonado. La razón de esto puede atribuirse en parte a la tensión de torsión, ya que hay repulsión entre los electrones en los orbitales de enlace sigma. Sin embargo, también se puede atribuir en gran medida a la repulsión de los dos grupos metilo relativamente voluminosos, ya que se acercan demasiado entre sí y no hay suficiente espacio para ellos.

Esta repulsión se conoce como tensión estérica. Por lo tanto, la deformación estérica se puede definir como la repulsión que se produce cuando los grupos no enlazados que no están enlazados directamente se acercan demasiado entre sí. Esta repulsión solo existe para sustituyentes voluminosos, como los grupos metilo o etilo. Por tanto, en el etano no hay impedimento estérico ya que los átomos de hidrógeno no son tan voluminosos.

Comentarios

• Buena respuesta y bonita línea discontinua en la parte inferior derecha de la imagen de proyección de Newman;)
• Es ' probablemente útil señalar algunas cosas más. La deformación torsional se define como no existente cuando las conformaciones están escalonadas, por lo que técnicamente no hay torsión deformación a 60, 120 y 180. La deformación torsional también existe solo entre átomos separados por tres bon ds, como los hidrógenos en CH3-CH3, más precisamente esos tres enlaces son H-CH2-CH2-H. La tensión estérica existe solo en átomos separados por cuatro o más enlaces, como en el propano (H-CH2-CH2-CH2-H). Sin embargo, ' es probablemente más útil considerar enlaces de más de cuatro, como el butano.
• Excluyendo el efecto de la interferencia constructiva de MO, ¿tanto la deformación torsional y la tensión estérica surgen de la repulsión electrostática?Cuando dice que la tensión estérica proviene de la repulsión de grupos voluminosos porque no hay suficiente espacio para ellos, también es una repulsión entre los electrones de esos grupos, ¿correcto? Si ignorara la parte de interferencia de MO, ¿sería adecuado considerar la tensión estérica como, en cierto modo, una tensión de torsión adicional, por así decirlo?
• Gracias por la fantástica respuesta. Para responder a la pregunta de lightweaver ', sí, también habrá repulsión de electrones porque los dos grupos voluminosos ' orbitales de enlace sigma llenos se acercarán y sentir una " llena-llena " 4 interacción electrónica que es similar a la ilustración de MO anterior.

Para simplificar, tensión torsional se define como la tensión experimentada por los enlaces cuando las conformaciones no están escalonadas. Por lo tanto, en cualquier ángulo que no sea 60, 120 o 180, hay tensión torsional. Además, tensión torsional solo puede existir en átomos separados por solo tres enlaces .

Por lo tanto, los hidrógenos en el etano solo experimentan tensión de torsión, y es cero (técnicamente minimizado) cuando «s escalonado.

La cepa estérica existe solo en moléculas que tienen cuatro o más enlaces, ya que cepa estérica se define como la repulsión que se siente entre los átomos en cuatro o más enlaces separados entre sí, forzados más cerca de lo que su radio de van der Waals permitiría normalmente.

En el butano a continuación, hay tensión de torsión entre los dos carbonos centrales y los hidrógenos de cada grupo metileno central. Sin embargo, los átomos separados por cuatro o más enlaces experimentan tensión estérica. El obstáculo estérico nunca será cero, pero se puede minimizar cuando los átomos están separados por el mayor espacio posible.

Comentarios

• ¿Cómo se aumenta la energía si nada agrega energía a la molécula? Viola la ley de conservación de energía.