Jaka jest różnica między odkształceniem sterycznym a odkształceniem skrętnym?

TL; DR Odkształcenie skrętne można traktować jako odpychanie spowodowane siłami elektrostatycznymi między elektronami w sąsiednich MO. Tymczasem szczep steryczny (znany również jako szczep van der Waalsa) może być uważany za odpychający, gdy dwie nieporęczne grupy, które nie są bezpośrednio związane ze sobą, stają się zbyt blisko siebie i dlatego nie ma dla nich wystarczająco dużo miejsca.

Oto bardziej szczegółowa wersja.

Odkształcenie skrętne

Rozważmy cząsteczkę etanu. Wiązanie CC sigma może się swobodnie obracać i zasadniczo istnieje nieskończona liczba możliwych konformacji. Jednak tylko 2 są znaczące, są to konformacje rozłożone i zaćmienia. Różne konformery są zwykle rysowane jako projekcje Newmana, ponieważ można łatwo porównać ze sobą. Poniżej znajdują się prognozy Newmana dla zaćmienia i przesuniętego konformera:

Konformer naprzemienny jest najbardziej stabilnym konformerem, podczas gdy konformer zaćmiony jest najmniej stabilnym konformerem. pierwsza jest w przybliżeniu $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ bardziej stabilna niż zaćmiony konformer. Ta różnica energii między tymi maksimami i minimami jest znana jako bariera skrętna .

Więc czym jest odkształcenie przy skręcaniu? Powód, dla którego konformer zaćmienia ma wyższą energię niż jakiekolwiek inne konformery, wynika z destabilizującego odpychania elektrostatycznego między parami elektronów wiązań sigma C-H na dwóch atomach węgla. Ponadto istnieje również cecha stabilizująca, która jest większa w naprzemiennym konformerze. W naprzemiennym konformerze zachodzi konstruktywna interakcja orbitalna, obejmująca wiązanie i anty-wiązanie MO sąsiednich atomów H. Powoduje to hiperkoniugację, która stabilizuje związek.

Dwa efekty, które Wspomniałem powyżej, do czego odnosi się odkształcenie skrętne. Możesz więc myśleć o odkształceniu skrętnym jako o odkształceniu będącym wynikiem sił elektrostatycznych.

Steric Strain

Teraz rozważmy butan. Rotacja wiązania $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma również prowadzi do nieskończonych możliwych konformerów. Jednak poniżej pokazano 4 główne konformery:

Tutaj są 2 typy zaćmionych konformerów, które są najmniej stabilne z konformerów. Najbardziej niestabilny jest znany jako zaćmiony formularz syn . Forma syn jest w przybliżeniu $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ wyższa w energii niż konformer naprzemienny. Przyczyną tego może być częściowo naprężenie skrętne, ponieważ występuje odpychanie między elektronami w orbitali wiążących sigma. Jednak można to również w dużej mierze przypisać odpychaniu dwóch stosunkowo obszernych grup metylowych, ponieważ stają się one zbyt blisko siebie i nie ma dla nich wystarczająco dużo miejsca.

Odpychanie to jest znane jako szczep steryczny. Dlatego szczep steryczny można zdefiniować jako odpychanie, które występuje, gdy niezwiązane grupy, które nie są bezpośrednio związane, zbliżają się do siebie zbyt blisko. Odpychanie to istnieje tylko w przypadku dużych podstawników, takich jak grupy metylowe lub etylowe. Tak więc w etanie nie ma przeszkody przestrzennej ponieważ atomy wodoru nie są tak duże.

Komentarze

• Ładna odpowiedź i ładna przerywana linia w prawym dolnym rogu obrazu projekcji Newmana;)
• ' jest prawdopodobnie pomocne, aby wskazać również kilka innych rzeczy. Odkształcenie skrętne jest definiowane jako nieistniejące, gdy konformacje są przesunięte, więc technicznie nie występuje skręcanie odkształcenie przy 60, 120 i 180. Odkształcenie skrętne występuje zawsze tylko między atomami oddzielonymi trzema bonami ds, takie jak wodory w CH3-CH3, dokładniej te trzy wiązania to H-CH2-CH2-H. Szczep steryczny występuje tylko w atomach oddzielonych czterema lub więcej wiązaniami, na przykład w propanie (H-CH2-CH2-CH2-H). ' prawdopodobnie bardziej pomocne jest rozważenie wiązań złożonych z więcej niż czterech, takich jak butan.
• Wykluczając wpływ konstruktywnej interferencji MO, wykonaj oba odkształcenia skrętne i naprężenie steryczne powstaje w wyniku odpychania elektrostatycznego?Kiedy mówisz, że napięcie steryczne pochodzi z odpychania masywnych grup, ponieważ nie ma dla nich wystarczająco dużo miejsca, jest to również odpychanie między elektronami tych grup, prawda? Gdybyś zignorował część interferencyjną MO, czy należałoby rozważyć odkształcenie steryczne jako w pewnym sensie dodatkowe odkształcenie skrętne?
• Dziękuję za fantastyczną odpowiedź. Aby odpowiedzieć na pytanie Lightweaver ', tak, nastąpi również odpychanie elektronów, ponieważ dwie nieporęczne grupy ' wypełnione sigma wiązania będą się zbliżać siebie nawzajem i poczuj " wypełnione " 4 e-interakcję, która jest podobna do powyższej ilustracji MO.

Dla uproszczenia odkształcenie skrętne definiuje się jako odkształcenie doświadczane przez wiązania, gdy konformacje nie są przesunięte. Zatem pod dowolnym kątem innym niż 60, 120 lub 180 występuje odkształcenie skrętne. Dodatkowo odkształcenie skrętne może istnieć tylko w atomach rozdzielonych tylko trzema wiązaniami .