Hvad er forskellen mellem sterisk stamme og torsionsstamme?

TL; DR Torsionsstamme kan betragtes som frastødning på grund af elektrostatiskræfter mellem elektroner i tilstødende MOer. I mellemtiden kan sterisk stamme (også kendt som van der Waals-stamme) betragtes som frastødning, når to omfangsrige grupper, som ikke er direkte bundet til hinanden, bliver for tæt på hinanden, og der er derfor ikke nok plads til dem.

Her er den mere detaljerede version.

Torsionsstamme

Lad os overveje et etanmolekyle. CC sigma-bindingen er fri til at rotere, og der er i princippet et uendeligt antal mulige konformationer. Imidlertid er kun 2 signifikante, disse er forskudte og formørkelseskonformationer. Forskellige konformatorer tegnes normalt som Newman-fremskrivninger, da de kan let sammenlignes med hinanden. Nedenfor er Newman-fremskrivningerne for den overskygge og forskudte konformator:

Den forskudte konformator er den mest stabile konformator, mens den formørkede konformator er den mindst stabile konformator. tidligere er cirka $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ mere stabil end den formørkede konformer. Denne energiforskel mellem disse maksima og minima er kendt som torsionsbarriere .

Så hvad er torsionsbelastning? Årsagen til, at formørkelseskonformatoren er højere energi end nogen anden konform, skyldes den destabiliserende elektrostatiske frastødning mellem elektronparene af C-H sigma-bindingerne på de to kulstoffer. Desuden findes der også et stabiliserende træk, som er større i den forskudte konformator. I den forskudte konformator er der en konstruktiv orbital vekselvirkning, der involverer binding og anti-binding MOer af de tilstødende H-atomer. Dette resulterer i hyperkonjugation, som stabiliserer forbindelsen.

De to effekter, som Jeg har nævnt ovenfor er, hvad torsionsbelastning henviser til. Så du kan tænke på torsionsbelastning som den belastning, der er resultatet af elektrostatiske kræfter.

Sterisk stamme

Lad os nu overveje butan. Rotation af $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma-obligationen fører også til uendelige mulige overensstemmelse. Der er dog fire hovedkonformatorer vist nedenfor:

Her er der 2 typer formørkede konformatorer, som er mindst stabile af konformatorerne. Den mest ustabile er kendt som formørket synform . Syn-formen er cirka $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ højere i energi end den forskudte konformer. Årsagen til dette kan delvis tilskrives torsionsbelastning, da der er frastødning mellem elektronerne i sigma-bindingsorbitalerne. Imidlertid kan det stort set tilskrives frastødningen af de to relativt voluminøse methylgrupper, da de bliver for tæt på hinanden, og der ikke er nok plads til dem.

Denne frastødning er kendt som sterisk stamme. Derfor kan sterisk stamme defineres som den frastødning, der opstår, når ikke-bundne grupper, som ikke er direkte bundet, nærmer sig hinanden for tæt. Denne frastødning findes kun for omfangsrige substituenter, såsom methyl- eller ethylgrupper. Så i ethan er der ingen sterisk hindring da brintatomerne ikke er så voluminøse.

Kommentarer

• Dejligt svar og flot stiplet linje i nederste højre hjørne af Newmans projektionsbillede;)
• Det ' er sandsynligvis nyttigt at påpege et par flere ting også. Torsionsbelastning defineres som ikke eksisterende, når konformationerne er forskudt, så der er teknisk ingen vridning stamme ved 60, 120 og 180. Torsionsstamme eksisterer også kun nogensinde mellem atomer adskilt af tre bon ds, såsom hydrogenerne i CH3-CH3, mere præcist er disse tre bindinger H-CH2-CH2-H. Sterisk stamme findes kun i atomer adskilt af fire eller flere bindinger, såsom i propan (H-CH2-CH2-CH2-H). Det ' er sandsynligvis mere nyttigt at overveje bindinger på mere end fire, såsom butan.
• Bortset fra effekten af MO konstruktiv interferens, gør begge torsionsbelastninger og sterisk stamme opstår ved elektrostatisk frastødning?Når du siger, at sterisk stamme kommer fra frastødning af omfangsrige grupper, fordi der ikke er plads nok til dem, er det også en frastødning mellem disse gruppers elektroner, ikke sandt? Hvis du ignorerede MO-interferensdelen, ville det være passende at betragte sterisk stamme som på en måde yderligere torsionsstamme, som den var?
• Tak for det fantastiske svar. For at svare på lightweaver ' s spørgsmål, ja, der vil også være elektronafstødning, fordi de to store grupper ' fyldte sigma-bindingsorbitaler nærmer sig hinanden og mærke en " fyldt-fyldt " 4 e-interaktion, der ligner MO-illustrationen ovenfor.

Af hensyn til enkelhedens skyld torsionsstamme defineres som den stamme, der opleves af bindingerne, når konformationer ikke er forskudt. Så i enhver anden vinkel end 60, 120 eller 180 er der torsionsstamme. Derudover er torsionsstamme kan kun nogensinde eksistere i atomer adskilt af kun tre obligationer .

Hydrogenerne i ethan oplever derfor kun nogensinde torsionsstamme, og det er nul (teknisk minimeret), når det “er forskudt.

Sterisk stamme findes kun i molekyler, der har fire eller flere bindinger, da sterisk stamme defineres som den frastødning, der mærkes mellem atomer ved fire eller flere bindinger adskilt fra hinanden tvunget tættere end deres van der Waals-radius typisk ville tillade.

I butan nedenfor er der torsionsstamme mellem de to centrale carbonatomer og hydrogener fra hver centrale methylengruppe. Atomer adskilt af fire eller flere bindinger oplever imidlertid sterisk stamme. Sterisk hindring vil aldrig være nul, men det kan minimeres, når atomerne adskilles med så meget plads som muligt.

Kommentarer

• Hvordan øges energi, hvis intet tilføjer molekylet energi? Det overtræder loven om bevarelse af energi.