Qual è la differenza tra sforzo sterico e sforzo torsionale?

TL; DR La deformazione torsionale può essere pensata come la repulsione dovuta alle forze elettrostatiche tra elettroni in MO adiacenti. Nel frattempo il ceppo sterico (noto anche come ceppo di van der Waals) può essere pensato come la repulsione quando due gruppi voluminosi che non sono direttamente legati luno allaltro diventano troppo vicini luno allaltro e quindi non cè abbastanza spazio per loro. >

Ecco la versione più dettagliata.

Torsional Strain

Consideriamo una molecola di etano. Il legame CC sigma è libero di ruotare e in linea di principio ci sono un numero infinito di possibili conformazioni. Tuttavia solo 2 sono significative, queste sono conformazioni sfalsate ed eclissate. Diversi conformeri sono solitamente disegnati come proiezioni di Newman mentre possono essere facilmente confrontati tra loro. Di seguito sono riportate le proiezioni di Newman per il conformer eclissato e sfalsato:

Il conformer sfalsato è il conformer più stabile mentre il conformer eclissato è il conformer meno stabile. il primo è approssimativamente $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ più stabile del conformer eclissato. Questa differenza di energia tra questi massimi e minimi è nota come barriera torsionale .

Allora, cosè la deformazione torsionale? La ragione per cui il conformatore di eclissi è unenergia più elevata di qualsiasi altro conformatore è dovuta alla repulsione elettrostatica destabilizzante tra le coppie di elettroni dei legami sigma C-H sui due atomi di carbonio. Inoltre, esiste anche una caratteristica stabilizzante che è maggiore nel conformatore sfalsato. Nel conformero sfalsato vi è uninterazione orbitale costruttiva che coinvolge i MO di legame e anti-legame degli atomi di H adiacenti. Ciò si traduce in una iper coniugazione che stabilizza il composto.

I due effetti che Ho menzionato sopra è ciò a cui si riferisce la deformazione torsionale. Quindi puoi pensare alla deformazione torsionale come alla deformazione che è il risultato delle forze elettrostatiche.

Steric Strain

Consideriamo ora il butano. Anche la rotazione del legame $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma porta a infiniti possibili conformeri. Tuttavia, ci sono 4 principali conformer mostrati di seguito:

Qui ci sono 2 tipi di conformeri eclissati che sono i meno stabili dei conformeri. Il più instabile è noto come modulo di sincronizzazione eclissato . La forma syn è approssimativamente $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ più alta in energia rispetto al conformatore sfalsato. La ragione di ciò può essere in parte attribuita alla tensione torsionale in quanto vi è repulsione tra gli elettroni negli orbitali di legame sigma. Tuttavia, può anche essere in gran parte attribuito alla repulsione dei due gruppi metilici relativamente voluminosi poiché diventano troppo vicini luno allaltro e non cè abbastanza spazio per loro.

Questa repulsione è nota come ceppo sterico. Pertanto il ceppo sterico può essere definito come la repulsione che si verifica quando gruppi non legati che non sono direttamente legati si avvicinano troppo strettamente. Questa repulsione esiste solo per sostituenti voluminosi, come i gruppi metile o etile. Quindi nelletano non cè impedimento sterico poiché gli atomi di idrogeno non sono così voluminosi.

Commenti

• Bella risposta e bella linea tratteggiata in basso a destra dellimmagine di proiezione di Newman;)
• ' è probabilmente utile anche per sottolineare qualche altra cosa. La tensione torsionale è definita come non esistente quando le conformazioni sono sfalsate, quindi tecnicamente non cè torsione deformazione a 60, 120 e 180. Anche la deformazione torsionale esiste sempre e solo tra atomi separati da tre bon ds, come gli idrogeni in CH3-CH3, più precisamente quei tre legami sono H-CH2-CH2-H. Il ceppo sterile esiste solo in atomi separati da quattro o più legami, come nel propano (H-CH2-CH2-CH2-H). ' è probabilmente più utile considerare legami di più di quattro, tuttavia, come il butano.
• Escludendo leffetto dellinterferenza costruttiva MO, eseguire entrambe le deformazioni torsionali e lo sforzo sterico derivano dalla repulsione elettrostatica?Quando dici che la tensione sterica deriva dalla repulsione di gruppi voluminosi perché non cè abbastanza spazio per loro, è anche una repulsione tra gli elettroni di quei gruppi, giusto? Se ignorassi la parte di interferenza MO, sarebbe opportuno considerare la deformazione sterica come, in un certo senso, una deformazione torsionale aggiuntiva, per così dire?
• Grazie per la fantastica risposta. Per rispondere alla domanda di lightweaver ', sì, ci sarà anche repulsione degli elettroni perché i due gruppi voluminosi ' riempiti di orbitali sigma bond si avvicineranno lun laltro e sentite un " pieno " 4 interazione elettronica simile allillustrazione MO sopra.

Per semplicità “s sake, deformazione torsionale è definito come la deformazione subita dai legami quando le conformazioni non sono sfalsate. Quindi, a qualsiasi angolo diverso da 60, 120 o 180, cè una deformazione torsionale. Inoltre, deformazione torsionale può esistere solo in atomi separati da soli tre legami .

Pertanto, gli idrogeni nelletano subiscono sempre e solo uno sforzo torsionale, ed è zero (tecnicamente ridotto al minimo) quando “s sfalsato.

Il ceppo sterico esiste solo in molecole che hanno quattro o più legami, poiché ceppo sterico è definita come la repulsione provata tra gli atomi a quattro o più legami separati luno dallaltro forzati più vicini di quanto il loro raggio di van der Waals normalmente consentirebbe.

Nel butano sotto, cè una tensione torsionale tra i due atomi di carbonio centrali e gli idrogeni da ciascun gruppo metilenico centrale. Tuttavia, gli atomi separati da quattro o più legami subiscono uno sforzo sterico. Lostacolo sterile non sarà mai zero, ma può essere ridotto al minimo quando gli atomi sono separati da quanto più spazio possibile.

Commenti

• Come si aumenta lenergia se nulla aggiunge energia alla molecola? Viola la legge di conservazione dellenergia.