Mikä on ero steerisen ja vääntöjännityksen välillä?

TL; DR Vääntömomenttia voidaan ajatella vierekkäisten MO: n elektronien välisten sähköstaattisten voimien aiheuttamana karkotuksena. Sillä välin steerisen kannan (tunnetaan myös nimellä van der Waals -kanta) voidaan ajatella hylkimiseksi, kun kaksi suurta ryhmää, jotka eivät ole suoraan sidoksissa toisiinsa, tulevat liian lähelle toisiaan, joten heille ei ole tarpeeksi tilaa.

Tässä on tarkempi versio.

Vääntömomentti

Tarkastellaan etaanimolekyyliä. CC-sigma-sidos voi vapaasti kiertyä ja periaatteessa on ääretön määrä mahdollisia konformaatioita. Kuitenkin vain 2 on merkittäviä, nämä ovat porrastettuja ja pimennyskonformaatioita. Eri konformerit piirretään yleensä Newman-projektioina, kun ne voidaan helposti verrata toisiinsa. Alla ovat Newman-ennusteet pimenneelle ja porrastetulle mukauttajalle:

Porrastettu konformeri on vakain konformeri, kun taas pimennyt konformeri on vähiten vakaa. edellinen on noin $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ vakaampi kuin pimennyt konformeri. Tämä enimmäisarvojen ja minimien välinen energiaero tunnetaan nimellä vääntöeste .

Mikä on vääntömomentti? Syy siihen, että pimennyskonformerilla on enemmän energiaa kuin muilla konformereilla, johtuu kahden hiilen C-H-sigmasidosten elektroniparien välisestä epävakaasta sähköstaattisesta hylkimisestä. Lisäksi on olemassa stabiloiva ominaisuus, joka on suurempi porrastetussa konformerissa. Porrastetussa konformerissa on rakentava orbitaalinen vuorovaikutus, johon liittyy vierekkäisten H-atomien sitoutumista ja sitoutumista estäviä MO: ita. Tämä johtaa hyperkonjugaatioon, joka stabiloi yhdisteen.

Kaksi vaikutusta, jotka Olen maininnut edellä, mihin vääntömomentti viittaa. Joten voit ajatella vääntöjännitystä rasitukseksi, joka on seurausta sähköstaattisista voimista.

Steric Strain

Nyt harkitaan butaania. Signaalin $ \ mathrm {C_2-C_3} $ kierto johtaa myös loputtomiin mahdollisiin konformereihin. Alla on kuitenkin neljä päävaatimusta:

Tässä on 2 tyyppistä pimennystä konformeria, jotka ovat vähiten stabiileja konformereista. Epävakain niistä tunnetaan nimellä pimennyt syn-muoto . Syn-muoto on noin $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ enemmän energiaa kuin porrastettu konformeri. Syy tähän voidaan osittain katsoa johtuvan vääntöjännityksestä, koska elektronien välillä on työntymistä sigmasitoutumis Orbitaaleissa. Kuitenkin myös se voidaan suurelta osin katsoa johtuvan kahden suhteellisen ison metyyliryhmän hylkimisestä, koska ne tulevat liian lähelle toisiaan ja niille ei ole tarpeeksi tilaa.

Tämä hylkääminen tunnetaan steerisenä kannana. Siksi steerinen kanta voidaan määritellä hylkimiseksi, joka tapahtuu, kun sitoutumattomat ryhmät, jotka eivät ole suoraan sitoutuneita, lähestyvät toisiaan liian läheisesti.Tämä hylkääminen on olemassa vain suurille substituenteille, kuten metyyli- tai etyyliryhmille. koska vetyatomit eivät ole kovin isoja.

Kommentit

• Hieno vastaus ja mukava katkoviiva Newman-projektion oikeassa alakulmassa;)
• Se ' on todennäköisesti hyödyllistä huomauttaa myös muutamasta asiasta. Vääntömomentti määritellään olemattomaksi, kun konformaatiot ovat porrastettuja, joten vääntöä ei ole teknisesti kanta 60, 120 ja 180 kohdalla. Vääntömomentti esiintyy myös vain kolmen bonilla erotetun atomin välillä ds, kuten vedyt CH3-CH3: ssa, tarkemmin sanottuna nämä kolme sidosta ovat H-CH2-CH2-H. Sterikanta esiintyy vain atomeissa, jotka on erotettu neljällä tai useammalla sidoksella, kuten propaanissa (H-CH2-CH2-CH2-H). ' on todennäköisesti hyödyllisempää harkita yli neljän sidoksia, kuten butaania.
• Lukuun ottamatta MO: n rakentavan häiriön vaikutusta, tee molemmat vääntöjännitykset ja steerinen kanta syntyy sähköstaattisesta hylkimisestä?Kun sanot, että steerinen kanta tulee suurten ryhmien karkottamisesta, koska niille ei ole tarpeeksi tilaa, se on myös näiden ryhmien elektronien välinen karkotus, eikö? Jos jätät huomiotta MO-häiriöosan, olisiko sopivaa pitää steerinen kanta tavallaan ylimääräisenä vääntöjännityksenä?
• Kiitos upeasta vastauksesta. Vastaamaan lightweaver ' -kysymykseen kyllä, myös elektroneja hylkää, koska kaksi tilaa vievää ryhmää ' täyttävät sigmasidoksen orbitaalit lähestyvät ja tuntekaa " täytetty-täytetty " 4 e-vuorovaikutus, joka on samanlainen kuin yllä olevassa MO-kuvassa.

Yksinkertaisuuden vuoksi vääntömomentti määritellään jännityksenä, jonka sidokset kokevat, kun konformaatioita ei ole porrastettu. Joten missä tahansa kulmassa kuin 60, 120 tai 180, on vääntömomentti. Lisäksi vääntökanta voi koskaan esiintyä vain atomeissa, jotka on erotettu vain kolmella sidoksella .

Siksi etaanissa olevat vedyt kokevat vain vääntömomenttia, ja se on nolla (teknisesti minimoitu), kun se ”s porrastettu.

Steric-kanta on olemassa vain molekyyleissä, joissa on vähintään neljä sidosta, koska steerinen kanta määritellään atooppien tuntemana neljän tai useamman toisistaan erotetun sidoksen välillä pakotettuna lähemmäksi kuin van der Waalsin säde tavallisesti sallisi.

Butaanissa alapuolella on vääntökanta kahden keskeisen hiilen ja vetyjen välillä kustakin keskimääräisestä metyleeniryhmästä. Neljällä tai useammalla sidoksella erotetut atomit kokevat kuitenkin steerisen rasituksen. Sterinen este ei koskaan ole nolla, mutta se voidaan minimoida, kun atomit erotetaan mahdollisimman paljon tilaa.

kommentit

• Kuinka energiaa lisätään, jos mikään ei lisää energiaa molekyyliin? Se rikkoo energiansäästölakia.