Wat is het verschil tussen sterische rek en torsie rek?

TL; DR Torsiestrek kan worden gezien als de afstoting als gevolg van elektrostatische krachten tussen elektronen in aangrenzende MOs. Ondertussen kan de sterische stam (ook bekend als van der Waals-stam) worden beschouwd als de afstoting wanneer twee omvangrijke groepen die niet direct aan elkaar zijn gebonden te dicht bij elkaar komen te staan en er dus niet genoeg ruimte voor is.

Hier is de meer gedetailleerde versie.

Torsional Strain

Laten we eens kijken naar een ethaanmolecuul. De CC-sigma-binding is vrij om te roteren en in principe is er een oneindig aantal mogelijke conformaties. Er zijn er echter maar 2 significant, deze zijn verspringend en eclipsconformaties. Verschillende conformeren worden meestal getekend als Newman-projecties kunnen gemakkelijk met elkaar worden vergeleken. Hieronder staan de Newman-projecties voor de verduisterde en verspringende conformer:

De verspringende conformer is de meest stabiele conformer, terwijl de verduisterde conformer de minst stabiele conformer is. eerste is ongeveer $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ stabieler dan de verduisterde conformer. Dit energieverschil tussen deze maxima en minima staat bekend als de torsiebarrière .

Dus wat is torsiespanning? De reden dat de eclipsconformer een hogere energie heeft dan alle andere conformeren is te wijten aan de destabiliserende elektrostatische afstoting tussen de elektronenparen van de CH sigma-bindingen op de twee koolstofatomen. Verder bestaat er ook een stabiliserende eigenschap die groter is in de versprongen conformer. In de verspringende conformer is er een constructieve orbitale interactie waarbij de binding en anti-binding MOs van de aangrenzende H-atomen betrokken zijn. Dit resulteert in hyperconjugatie die de verbinding stabiliseert.

De twee effecten die Ik heb hierboven vermeld waar torsiespanning naar verwijst. U kunt torsiespanning dus zien als de spanning die het resultaat is van elektrostatische krachten.

Steric Strain

Laten we nu eens kijken naar butaan. Rotatie van de $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma-binding leidt ook tot oneindig veel mogelijke conformeren. Er zijn echter 4 hoofdconformers hieronder weergegeven:

Hier zijn er 2 soorten verduisterde conformeren die de minst stabiele van de conformeren zijn. De meest onstabiele staat bekend als de verduisterde syn-vorm . De syn-vorm is ongeveer $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ hoger in energie dan de versprongen conformer. De reden hiervoor kan gedeeltelijk worden toegeschreven aan torsiespanning aangezien er afstoting is tussen de elektronen in de sigma-bindingsorbitalen. Het kan echter ook grotendeels worden toegeschreven aan de afstoting van de twee relatief omvangrijke methylgroepen, omdat ze te dicht bij elkaar komen te staan en er niet genoeg ruimte voor is.

Deze afstoting staat bekend als sterische stam. Daarom kan sterische stam worden gedefinieerd als de afstoting die optreedt wanneer niet-gebonden groepen die niet direct gebonden zijn te dicht bij elkaar komen. Deze afstoting bestaat alleen voor omvangrijke substituenten, zoals methyl- of ethylgroepen. Dus in ethaan is er geen sterische belemmering aangezien de waterstofatomen niet zo omvangrijk zijn.

Opmerkingen

• Mooi antwoord en mooie stippellijn rechtsonder in het Newman-projectiebeeld;)
• Het ' is waarschijnlijk ook nuttig om nog een paar dingen aan te wijzen. Torsiespanning wordt gedefinieerd als niet aanwezig wanneer de conformaties verspringend zijn, dus technisch gezien is er geen torsie spanning op 60, 120 en 180. Torsiestrek komt ook alleen voor tussen atomen gescheiden door drie bon ds, zoals de waterstofatomen in CH3-CH3, meer precies zijn die drie bindingen H-CH2-CH2-H. Sterische stam bestaat alleen in atomen gescheiden door vier of meer bindingen, zoals in propaan (H-CH2-CH2-CH2-H). Het ' is waarschijnlijk nuttiger om echter bindingen van meer dan vier te overwegen, zoals butaan.
• Exclusief het effect van MO constructieve interferentie, doe beide torsiespanning en sterische spanning ontstaan door elektrostatische afstoting?Als je zegt dat sterische stam voortkomt uit de afstoting van omvangrijke groepen omdat er niet genoeg ruimte voor is, is het ook een afstoting tussen de elektronen van die groepen, toch? Als je het MO-interferentiegedeelte negeert, zou het dan gepast zijn om sterische spanning als het ware als extra torsiebelasting te beschouwen?
• Bedankt voor het fantastische antwoord. Om de vraag van lightweaver ' te beantwoorden, ja, er zal ook elektronenafstoting zijn omdat de twee omvangrijke groepen ' gevulde sigma-binding-orbitalen naderen elkaar en voel een " gevuld " 4 e-interactie die vergelijkbaar is met de MO-illustratie hierboven.

Voor de eenvoud “sake, torsiebelasting wordt gedefinieerd als de spanning die wordt ervaren door de bindingen wanneer conformaties niet verspringend zijn. Dus onder elke hoek anders dan 60, 120 of 180 is er torsiespanning. Bovendien is er torsiebelasting kan alleen voorkomen in atomen die worden gescheiden door slechts drie bindingen .

Daarom ondergaan de waterstofatomen in ethaan alleen torsiespanning, en het is nul (technisch geminimaliseerd) wanneer het “s staggered.

Sterische stam komt alleen voor in moleculen die vier of meer bindingen hebben, aangezien sterische stam wordt gedefinieerd als de afstoting die wordt gevoeld tussen atomen bij vier of meer bindingen die van elkaar zijn gescheiden, dichterbij gedwongen dan hun van der Waals-straal normaal zou toestaan.

In het butaan hieronder is er torsiespanning tussen de twee centrale koolstofatomen en waterstofatomen van elke centrale methyleengroep. Atomen gescheiden door vier of meer bindingen ondergaan echter een sterische spanning. Sterische hinder zal nooit nul zijn, maar het kan worden geminimaliseerd wanneer de atomen zoveel mogelijk van elkaar gescheiden zijn.

Opmerkingen

• Hoe wordt de energie verhoogd als niets energie toevoegt aan het molecuul? Het is in strijd met de wet van behoud van energie.