Ik verwacht dat er meer sterische afstotingen zullen zijn tussen de twee methylgroepen als ze zich op hetzelfde vlak als elkaar bevinden. Waarom is dit niet het geval?
Opmerkingen
- Hint: de vier koolstofatomen zijn niet coplanair. Het is geen plat vierkant.
- Je zou een realistische stoktekening van de cyclobutaanring moeten vinden, je zou dan in staat moeten zijn om je eigen vraag te beantwoorden.
Answer
De vier koolstofatomen in cyclobutaan zijn niet coplanair, aangezien dat zou leiden tot een grote mate van ongunstige eclips-interacties. Het is dus geen plat vierkant; het neemt een gerimpelde conformatie aan. Een van de koolstofatomen maakt een hoek van $ 25 ^ \ cirkel met het vlak gevormd door de andere drie koolstofatomen, en dit verzacht enkele van de eclipserende interacties, ten koste van een kleine toename in hoekspanning. De conformatie wordt gewoonlijk de “vlinder” genoemd en twee gelijkwaardige gerimpelde conformaties worden snel in elkaar overgegaan. Hier “een visuele referentie om u te helpen
Hierboven is een ongesubstitueerde cyclobutaan afgebeeld.
Bekijk de figuur aan de linkerkant van naderbij en zie hoe er enige transannulaire interactie zou zijn tussen de twee $ \ ce {H “} $ waterstofatomen bij $ \ ce {C-1} $ en $ \ ce {C-3} $, gemarkeerd in $ \ kleur {red} {\ text {red}} $. Dit is slecht. In de figuur rechts zijn de $ \ ce {H “} $ waterstofatomen niet langer axiaal, maar equatoriaal, en dit is beter.
Kortom, het plaatsen van substituenten in een equatoriale positie is beter dan het plaatsen van ze in een axiale positie.
Stel je nu voor hoe de cis en trans isomeren eruit zouden zien voor 1,3-dimethylcyclobutaan.
In de cis isomeer zouden zowel $ \ ce {H “} $ op $ \ ce {C-1} $ en $ \ ce {C-3} $ worden vervangen door $ \ ce {-CH3} $ groepen (aangezien ze aan dezelfde kant staan). Natuurlijk zullen er aanzienlijke afstotingen zijn als ze in de conformatie aan de linkerkant zijn gerangschikt, daarom vindt ringflits plaats en zullen we overwegend de conformatie aan de rechterkant krijgen met beide methylgroepen op equatoriale posities. Dit is ideaal.
De trans isomeer zou hetzelfde zijn als het vervangen van één $ \ color {red} {\ text {red}} $ $ \ ce {H “} $ en één $ \ color {blue} {\ text {blue}} $ $ \ ce {H} $ op $ \ ce {C-1} $ en $ \ ce {C-3} $ met methylgroepen. Wat je ook doet, je kunt maar een van de methylgroepen krijgen op de equatoriale positie, maar nooit beide.
Antwoord
Het komt doordat cyclobutaan eruitziet als een vierkant stuk papier met een vouw langs de diagonaal. Als je de methylgroepen toevoegt aan de hoeken en niet op de vouw, kunnen ze zowel axiaal als beide equatoriaal zijn. axiaal is de minder stabiele conformatie dan diequatoriaal. Als het de transverbinding is, heeft deze een axiale en een equatoriale. Net zoals twee equatoriale groepen stabieler zijn, is er maar één equatoriale groep zal minder stabiel zijn.
Je moet begrijpen dat cyclobutaan een gebogen structuur is om hoekbelasting en torsiebelasting te verminderen. Lees hier meer http://www.masterorganicchemistry.com/2014/04/03/cycloalkanes-ring-strain-in-cyclopropane-and-cyclobutane/