Jeg forventer, at der er flere steriske frastød mellem de to methylgrupper, hvis de er på samme ansigt som hinanden. Hvorfor er dette ikke tilfældet?
Kommentarer
- Tip: de fire kulstofatomer er ikke ensartede. Det er ikke en flad firkant.
- Du skal finde en realistisk stregtegning af cyclobutanringen, så skal du være i stand til at besvare dit eget spørgsmål.
Svar
De fire kulstofatomer i cyclobutan er ikke coplanar, da det ville føre til en stor grad af ugunstige formørkende interaktioner. Så det er ikke en flad firkant; det vedtager en puckered konformation. Et af kulstofatomer danner en $ 25 ^ \ circ $ vinkel med det plan, der dannes af de andre tre kulstoffer, og dette afbøder nogle af de formørkende vekselvirkninger på bekostning af en lille stigning i vinkeltøjningen. Konformationen kaldes almindeligvis “sommerfuglen”, og to ækvivalente puckerede konformationer konverterer hurtigt. Her er en visuel reference, der hjælper dig
Billedet ovenfor er en usubstitueret cyclobutan.
Se nærmere på figuren til venstre og læg mærke til, hvordan der ville være en vis transannulær interaktion mellem de to $ \ ce {H “} $ hydrogener ved $ \ ce {C-1} $ og $ \ ce {C-3} $, markeret med $ \ color {red} {\ text {red}} $. Dette er dårligt. I figuren til højre er $ \ ce {H “} $ -hydrogenerne ikke længere aksiale, men ækvatoriale, og dette er bedre.
Kort sagt er det bedre at placere substituenter i en ækvatorial position end at placere dem i en aksial position.
Forestil dig nu, hvordan cis og trans isomererne ville se ud for 1,3-dimethylcyclobutan.
I cis isomeren erstattes både $ \ ce {H “} $ på $ \ ce {C-1} $ og $ \ ce {C-3} $ med $ \ ce {-CH3} $ grupper (da de er på samme side). Naturligvis vil der være betydelige frastødninger, hvis de er arrangeret i konformationen til venstre, hvorfor ringflip finder sted, og vi vil overvejende få konformationen til højre med begge methylgrupperne i ækvatoriale positioner. Dette er ideelt.
trans isomer ville være som at erstatte en $ \ color {red} {\ text {red}} $ $ \ ce {H “} $ og en $ \ color {blue} {\ text {blue}} $ $ \ ce {H} $ ved $ \ ce {C-1} $ og $ \ ce {C-3} $ med methylgrupper. Uanset hvad du gør, kan du kun få en af methylgrupperne ved ækvatorial position, men aldrig begge.
Svar
Det er fordi cyclobutan ligner et firkantet stykke papir med en fold langs diagonalen. Hvis du tilføjer methylgrupperne til hjørnerne ikke på folden, kan de være både aksiale eller begge ækvatoriale. aksial er den mindre stabile konformation end dieekvatorial. Hvis det er transforbindelsen, vil den have en aksial og en ækvatorial. Ligesom to ækvatoriale grupper er mere stabile, er kun en ækvatorial gruppe vil være mindre stabil.
Du skal forstå, at cyclobutan er en bøjet struktur for at reducere vinkeltøjning og torsionsbelastning. Læs mere her http://www.masterorganicchemistry.com/2014/04/03/cycloalkanes-ring-strain-in-cyclopropane-and-cyclobutane/