Ich erwarte mehr sterische Abstoßungen zwischen den beiden Methylgruppen, wenn sie sich auf demselben Gesicht befinden. Warum ist dies nicht der Fall?
Kommentare
- Hinweis: Die vier Kohlenstoffatome sind nicht koplanar. Es ist kein flaches Quadrat.
- Sie sollten eine realistische Strichzeichnung des Cyclobutanrings finden und dann in der Lage sein, Ihre eigene Frage zu beantworten.
Antwort
Die vier Kohlenstoffatome in Cyclobutan sind nicht koplanar, da dies zu einem hohen Grad an ungünstigen Finsterniswechselwirkungen führen würde. Es ist also kein flaches Quadrat; es nimmt eine verzogene Konformation an. Eines der Kohlenstoffatome bildet mit der Ebene, die von den anderen drei Kohlenstoffen gebildet wird, einen Winkel von 25 °, und dies mildert einige der Finsterniswechselwirkungen auf Kosten einer geringen Zunahme der Winkeldehnung. Die Konformation wird allgemein als „Schmetterling“ bezeichnet, und zwei äquivalente gekrümmte Konformationen wandeln sich schnell um. Hier ist eine visuelle Referenz, die Ihnen helfen soll,
Oben ist ein unsubstituiertes Cyclobutan abgebildet.
Sehen Sie sich die Abbildung links genauer an und sehen Sie, wie es zu einer transannulären Wechselwirkung zwischen den beiden $ \ ce {H „} $ Wasserstoffatomen bei $ \ kommen würde ce {C-1} $ und $ \ ce {C-3} $, markiert in $ \ color {red} {\ text {red}} $. Das ist schlecht. In der Abbildung rechts sind die Wasserstoffatome von $ \ ce {H „} $ nicht mehr axial, sondern äquatorial, und dies ist besser.
Kurz gesagt, das Platzieren von Substituenten in einer äquatorialen Position ist besser als das Platzieren Stellen Sie sich nun vor, wie die cis – und trans -Isomere für 1,3-Dimethylcyclobutan aussehen würden.
Im cis -Isomer würden sowohl $ \ ce {H „} $ auf $ \ ce {C-1} $ als auch $ \ ce {C-3} $ durch $ \ ce ersetzt {-CH3} $ Gruppen (da sie sich auf derselben Seite befinden). Natürlich wird es erhebliche Abstoßungen geben, wenn sie in der Konformation links angeordnet sind, weshalb ein Ringflip stattfindet und wir die Konformation rechts überwiegend mit beiden Methylgruppen in äquatorialen Positionen erhalten. Dies ist ideal.
Die trans -Isomer wäre wie das Ersetzen eines $ \ color {red} {\ text {red}} $ $ \ ce {H „} $ und eines $ \ color {blue} {\ text {blue}} $ $ \ ce {H} $ bei $ \ ce {C-1} $ und $ \ ce {C-3} $ mit Methylgruppen. Egal was Sie tun, Sie können nur eine der Methylgruppen am Äquator erhalten Position, aber niemals beides.
Antwort
Es liegt daran, dass Cyclobutan wie ein quadratisches Stück Papier mit einer Falte entlang der Diagonale aussieht. Wenn Sie die Methylgruppen zu den Ecken hinzufügen, die sich nicht in der Falte befinden, können sie beide axial oder beide äquatorial sein axial ist die weniger stabile Konformation als die äquatoriale. Wenn es sich um die trans-Verbindung handelt, hat sie eine axiale und eine äquatoriale. Ebenso wie zwei äquatoriale Gruppen stabiler sind, nur eine äquatoriale Die Gruppe ist weniger stabil.
Sie müssen verstehen, dass Cyclobutan eine gebogene Struktur ist, um die Winkel- und Torsionsbelastung zu verringern. Lesen Sie hier mehr http://www.masterorganicchemistry.com/2014/04/03/cycloalkanes-ring-strain-in-cyclopropane-and-cyclobutane/