Tudom, hogy az etánban a fogyatkozó konformerben jelenlévő többletenergiát torziós megterhelés okozza.
Butánban a gauche konformáció szterikus megterhelést tapasztal. De a 0 fokos elfogyott konformáció jelentős mennyiségű szterikus és torziós törzset tartalmaz.
Mi a különbség?
Válasz
TL; DR A torziós megterhelés a szomszédos MO-kban lévő elektronok közötti elektrosztatikus erők miatti taszításnak tekinthető. Eközben a szterikus törzs (más néven van der Waals törzs) visszataszításnak tekinthető, amikor két, egymással közvetlenül nem összekapcsolt terjedelmes csoport túl közel kerül egymáshoz, és ezért nincs elegendő hely számukra.
Itt van a részletesebb verzió.
Torziós törzs
Tekintsük egy etánmolekulát. A CC sigma kötés szabadon foroghat, és elvileg végtelen sok lehetséges konformáció van. De csak 2 jelentős, ezek lépcsőzetes és fogyatkozási konformációk. A különböző konformerek általában Newman-vetületekként rajzolódnak, ahogy azok könnyen összehasonlíthatók egymással. Az alábbiakban bemutatjuk a Newman-előrejelzéseket az elhomályosított és lépcsőzetes konformerről:
A lépcsőzetes konformer a legstabilabb konformer, míg az elhomályosított konform a legkevésbé stabil. előbbi körülbelül $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ stabilabb, mint az elhomályosított konformer. Ezt a maximumot és minimumot az energiakülönbségként torziós akadálynak nevezik .
Tehát mi a torziós igénybevétel? Az oka annak, hogy a napfogyatkozás-konformer energiája magasabb, mint bármely más konformeré, a két szénatomon lévő C-H szigmakötések elektronpárjai közötti destabilizáló elektrosztatikus taszításnak köszönhető. Ezenkívül létezik egy stabilizáló tulajdonság, amely nagyobb a lépcsőzetes konformerben. A lépcsőzetes konformorban konstruktív orbitális interakció zajlik, amely magában foglalja a szomszédos H atomok kötődését és anti-kötését. Ez hiperkonjugációt eredményez, amely stabilizálja a vegyületet.
A két effekt A fentiekben említettem a torziós igénybevételt. Tehát a torziós alakváltozásra úgy gondolhatunk, mint arra a feszültségre, amely az elektrosztatikus erők következménye.
Szterikus törzs
Most mérlegeljük a butánt. A $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma kötés forgatása végtelen lehetséges konformerekhez is vezet. Az alábbiakban azonban 4 fő megfelelőség látható:
Itt kétféle fogyatkozó konformer van, amelyek a legkevésbé stabilak a konformerek közül. A legstabilabb a napfogyatkozott syn form néven ismert. A szin forma körülbelül $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ energiával magasabb, mint a lépcsőzetes konformer. Ennek oka részben a torziós igénybevételnek tudható be, mivel a sigma-kötő pályákon az elektronok között taszítás van. Ez azonban nagyrészt a két viszonylag terjedelmes metilcsoport taszításának tulajdonítható, mivel túl közel kerülnek egymáshoz, és nincs elég hely számukra.
Ezt az taszítást szterikus törzsnek nevezik. Ezért a szterikus törzs úgy definiálható, mint az a taszítás, amely akkor fordul elő, amikor a nem kötött csoportok, amelyek nincsenek közvetlenül megkötve, túl szorosan közelítenek egymáshoz. Ez az taszítás csak terjedelmes szubsztituensek, például metil- vagy etilcsoportok esetében létezik. mivel a hidrogénatomok nem olyan terjedelmesek.
Megjegyzések
- Szép válasz és szép szaggatott vonal a Newman-vetítési kép jobb alsó sarkában;)
- Ez ' valószínűleg még néhány dologra is rámutat. A torziós törzset úgy definiálják, hogy nem létezik, ha a konformációk lépcsőzetesek, tehát technikailag nincs torziós torzió 60, 120 és 180-nál. A torziós törzs is csak akkor áll fenn, ha három atomdal elválasztott atomok vannak ds, például a CH3-CH3 hidrogénatomjai, pontosabban ez a három kötés H-CH2-CH2-H. A szterikus törzs csak négy vagy több kötéssel elválasztott atomokban létezik, például propánban (H-CH2-CH2-CH2-H). ' valószínűleg hasznosabb, ha figyelembe vesszük a négynél nagyobb kötéseket, például a butánt.
- A MO konstruktív interferencia hatását kizárva mindkét torziós megterhelést és a szterikus törzs elektrosztatikus taszításból származik?Amikor azt állítja, hogy a szterikus törzs a nagy csoportok taszításából származik, mert nincs elég hely számukra, ez egyben taszítás e csoportok elektronjai között is, igaz? Ha figyelmen kívül hagyja a MO interferencia részt, alkalmas lenne-e úgy tekinteni a szterikus törzset, mint valamilyen módon további torziós igénybevételre?
- Köszönöm a fantasztikus választ. A lightweaver ' kérdés megválaszolásához igen, lesz elektron-taszítás is, mert a két terjedelmes csoport ' sigma-kötés pályája közeledik és érezzünk egy " kitöltött " 4 e-interakciót, amely hasonló a fenti MO ábrához.
Válasz
Az egyszerűség kedvéért torziós törzs definíció szerint a kötések által tapasztalt igénybevétel, amikor a konformációk nem lépcsőzetesek. Tehát 60, 120 vagy 180 kivételével bármely szögben torziós igénybevétel tapasztalható. 7240171f96 “>
torziós törzs csak olyan atomokban létezhet csak, amelyeket csak három kötés választ el .
Ezért az etánban lévő hidrogének csak csavaró igénybevételt tapasztalnak, és nulla (technikailag minimalizált), ha “s lépcsőzetes.
A szterikus törzs csak négy vagy több kötéssel rendelkező molekulákban létezik, mivel a szterikus törzs úgy definiálják, mint az egymástól elválasztott négy vagy több kötés atomjai közötti érzés, amely közelebb van kényszerítve, mint amit van der Waals sugáruk általában megengedne. az alábbiakban torziós törzs van a két központi szénatom és az egyes központi metiléncsoportok hidrogénjei között. A négy vagy több kötéssel elválasztott atomok azonban szterikus megterhelést tapasztalnak. A szterikus akadály soha nem lesz nulla, de minimalizálható, ha az atomokat a lehető legnagyobb távolság választja el.
Megjegyzések
- Hogyan növekszik az energia, ha semmi sem ad energiát a molekulához? Megsérti az energia megmaradásának törvényét.