Hva er forskjellen mellom sterisk belastning og torsjonsbelastning?

TL; DR Torsjonsbelastning kan tenkes som frastøt på grunn av elektrostatiskrefter mellom elektroner i tilstøtende MO. I mellomtiden kan sterisk stamme (også kjent som van der Waals-stamme) betraktes som frastøting når to store grupper som ikke er direkte bundet til hverandre, blir for nærme hverandre, og det er derfor ikke nok plass til dem.

Her er den mer detaljerte versjonen.

Torsjonsstamme

La oss vurdere et etanmolekyl. CC sigma-bindingen er fri til å rotere, og i prinsippet er det uendelig mange mulige konformasjoner. Imidlertid er bare 2 signifikante, disse er forskjøvet og formørkelse. kan enkelt sammenlignes med hverandre. Nedenfor er Newman-projeksjonene for den overskygge og forskjøvne konformøren:

Den forskjøvte konformeren er den mest stabile konformeren mens den formørkede konformeren er den minst stabile konformeren. former er omtrent $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ mer stabil enn den formørkede konformeren. Denne energiforskjellen mellom disse maksima og minima er kjent som torsjonsbarriere .

Så hva er torsjonsbelastning? Årsaken til at formørkelseskonformatoren er høyere energi enn noen annen konformator, skyldes den destabiliserende elektrostatiske frastøtingen mellom elektronparene til C-H sigma-bindingene på de to karbonene. Videre eksisterer det også et stabiliserende trekk som er større i den forskjøvte konformatoren. I den forskjøvte konformatoren er det en konstruktiv orbital interaksjon som involverer bindingen og anti-bindingen MOs til de tilstøtende H-atomer. Dette resulterer i hyperkonjugasjon som stabiliserer forbindelsen.

De to effektene Jeg har nevnt ovenfor er hva torsjonsbelastning refererer til. Så du kan tenke på torsjonsbelastning som belastningen som er et resultat av elektrostatiske krefter.

Sterisk stamme

Nå kan vi vurdere butan. Rotasjon av $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma-obligasjonen fører også til uendelige mulige samsvar. Imidlertid er det fire hovedkonformatorer vist nedenfor:

Her er det to typer formørkede konformatorer som er minst stabile av konformatorene. Den mest ustabile er kjent som formørket synform . Syn-formen er omtrent $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ høyere i energi enn den forskjøvne konformeren. Årsaken til dette kan delvis tilskrives torsjonsbelastning da det er frastøting mellom elektronene i sigma-bindingsorbitalene. Imidlertid kan det i stor grad tilskrives frastøting av de to relativt store metylgruppene, ettersom de blir for nær hverandre og det ikke er nok plass til dem.

Denne frastøtingen er kjent som sterisk belastning. Derfor kan sterisk stamme defineres som frastøt som oppstår når ikke-bundne grupper som ikke er direkte bundet nærmer seg hverandre for tett. Denne frastøtningen eksisterer bare for store substituenter, slik som metyl- eller etylgrupper. Så i etan er det ingen sterisk hindring ettersom hydrogenatomene ikke er så store.

Kommentarer

• Fint svar og fin stiplet linje nederst til høyre i Newman-projeksjonsbildet;)
• Det ' er sannsynligvis nyttig å peke på noen flere ting også. Torsjonsbelastning er definert som ikke eksisterende når konformasjonene er forskjøvet, så det er teknisk ingen torsjons stamme ved 60, 120 og 180. Torsjonsstamme eksisterer også alltid mellom atomer atskilt med tre bon ds, slik som hydrogenene i CH3-CH3, mer presist er de tre bindingene H-CH2-CH2-H. Sterisk stamme eksisterer bare i atomer atskilt med fire eller flere bindinger, slik som i propan (H-CH2-CH2-CH2-H). Det ' er sannsynligvis mer nyttig å vurdere obligasjoner på mer enn fire, for eksempel butan.
• Bortsett fra effekten av MO konstruktiv interferens, gjør begge torsjonsbelastninger og sterisk belastning oppstår fra elektrostatisk frastøting?Når du sier at sterisk belastning kommer fra frastøting av store grupper fordi det ikke er nok plass til dem, er det også en frastøting mellom elektronene i disse gruppene, ikke sant? Hvis du ignorerte MO-interferensdelen, ville det være hensiktsmessig å betrakte sterisk belastning som på en måte ytterligere torsjonsbelastning, som det var?
• Takk for det fantastiske svaret. For å svare på lightweaver ' sitt spørsmål, ja, det vil også være elektronavstøting fordi de to store gruppene ' fylte sigma-bindingsorbitaler vil nærme seg hverandre og kjenn en " fylt-fylt " 4 e-interaksjon som ligner på MO-illustrasjonen ovenfor.

For enkelhets skyld, torsjonsstamme er definert som den belastning som båndene opplever når konformasjoner ikke er forskjøvet. Så, i en hvilken som helst annen vinkel enn 60, 120 eller 180, er det torsjonsbelastning. I tillegg er torsjonsstamme kan bare eksistere i atomer atskilt av bare tre bindinger .

Hydrogenene i etan opplever derfor bare torsjonsbelastning, og det er null (teknisk minimert) når det «er forskjøvet.

Sterisk stamme eksisterer bare i molekyler som har fire eller flere bindinger, siden sterisk stamme er definert som frastøtningen mellom atomer i fire eller flere bindinger atskilt fra hverandre tvunget nærmere enn vander Waals-radiusen vanligvis ville tillate.

I butan nedenfor er det torsjonsstamme mellom de to sentrale karbonene og hydrogenene fra hver sentrale metylengruppe. Atomer atskilt med fire eller flere bindinger opplever imidlertid sterisk belastning. Sterisk hindring vil aldri være null, men det kan minimeres når atomene skilles fra så mye plass som mulig.

Kommentarer

• Hvordan energi økes hvis ingenting tilfører molekylet energi? Det bryter med loven om bevaring av energi.