Dlaczego izomer cis 1,3-dimetylocyklobutanu jest bardziej stabilny niż izomer trans?

Cztery atomy węgla w cyklobutanie nie są współpłaszczyznowe, ponieważ prowadziłoby to do dużego stopnia niekorzystnych interakcji zaćmieniowych. Nie jest to więc płaski kwadrat; przyjmuje pomarszczoną konformację. Jeden z atomów węgla tworzy kąt 25 $ \ circ $ z płaszczyzną utworzoną przez pozostałe trzy węgle, co łagodzi niektóre interakcje zaćmienia, kosztem niewielkiego wzrostu odkształcenia kątowego. Konformacja jest powszechnie nazywana „motylem”, a dwie równoważne pofałdowane konformacje ulegają szybkiej konwersji. Oto pomoc wizualna

Powyższe zdjęcie przedstawia niepodstawiony cyklobutan.

Przyjrzyj się bliżej ilustracji po lewej stronie i zwróć uwagę, jak zachodzi międzykanałowe oddziaływanie między dwoma wodorami $ \ ce {H „} $ w $ \ ce {C-1} $ i $ \ ce {C-3} $, zaznaczone w $ \ color {red} {\ text {red}} $. To jest złe. Na rysunku po prawej wodory $ \ ce {H „} $ nie są już osiowe, ale równikowe, a to jest lepsze.

Krótko mówiąc, umieszczenie podstawników w pozycji równikowej jest lepsze niż umieszczenie je w pozycji osiowej.

Teraz wyobraź sobie, jak wyglądałyby izomery cis i trans dla 1,3-dimetylocyklobutanu.

W izomerze cis zarówno $ \ ce {H „} $ na $ \ ce {C-1} $, jak i $ \ ce {C-3} $ zostaną zastąpione przez $ \ ce {-CH3} $ grupy (ponieważ są po tej samej stronie). Oczywiście wystąpią znaczne odpychanie, jeśli zostaną ułożone w konformacji po lewej stronie, dlatego następuje odwrócenie pierścienia i otrzymamy głównie konformację po prawej stronie z obiema grupami metylowymi w pozycjach równikowych. Jest to idealne rozwiązanie.

trans byłby jak zastąpienie jednego $ \ color {red} {\ text {red}} $ $ \ ce {H „} $ i jednego $ \ color {blue} {\ text {blue}} $ $ \ ce {H} $ przy $ \ ce {C-1} $ i $ \ ce {C-3} $ z grupami metylowymi. Bez względu na to, co zrobisz, możesz uzyskać tylko jedną z grup metylowych na równiku pozycji, ale nigdy obu.

[ŹRÓDŁO]

Dzieje się tak, ponieważ cyklobutan wygląda jak kwadratowy kawałek papieru z zagięciem wzdłuż przekątnej. Jeśli dodasz grupy metylowe do rogów, które nie znajdują się na zgięciu, mogą one być zarówno osiowe, jak i równikowe. osiowa jest mniej stabilną konformacją niż dikwatorialna. Jeśli jest to związek trans, będzie miał jedną osiową i jedną równikową. Tak jak dwie grupy równikowe są bardziej stabilne, tylko jedna równikowa grupa będzie mniej stabilna.

Musisz zrozumieć, że cyklobutan jest strukturą wygiętą, aby zmniejszyć odkształcenia kątowe i skrętne. Przeczytaj więcej tutaj http://www.masterorganicchemistry.com/2014/04/03/cycloalkanes-ring-strain-in-cyclopropane-and-cyclobutane/