Qual é a diferença entre deformação estérica e deformação torcional?

TL; DR A tensão de torção pode ser considerada como a repulsão devida às forças de eletrostatização entre elétrons em MOs adjacentes. Enquanto isso, a cepa estérica (também conhecida como cepa de van der Waals) pode ser considerada como a repulsão quando dois grupos volumosos que não estão diretamente ligados um ao outro tornam-se muito próximos um do outro e, portanto, não há espaço suficiente para eles.

Aqui está a versão mais detalhada.

Tensão torcional

Vamos considerar uma molécula de etano. A ligação CC sigma é livre para girar e, em princípio, há um número infinito de conformações possíveis. No entanto, apenas 2 são significativas, estas são conformações escalonadas e eclipsadas. Conformadores diferentes são geralmente desenhados como projeções de Newman, pois podem ser facilmente comparados entre si. Abaixo estão as projeções de Newman para o conformador eclipsado e escalonado:

O conformador escalonado é o conformador mais estável, enquanto o conformador eclipsado é o menos estável. O conformador escalonado O primeiro é aproximadamente $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ mais estável do que o conformador eclipsado. Esta diferença de energia entre os máximos e os mínimos é conhecida como barreira torcional .

Então, o que é tensão de torção? A razão para o conformador eclipse ser de energia mais alta do que qualquer outro conformador é devido à repulsão eletrostática desestabilizadora entre os pares de elétrons das ligações sigma C-H nos dois carbonos. Além disso, também existe uma característica de estabilização que é maior no conformador escalonado. No conformador escalonado, há uma interação orbital construtiva envolvendo os MOs de ligação e anti-ligação dos átomos de H adjacentes. Isso resulta em hiper conjugação que estabiliza o composto.

Os dois efeitos que Mencionei acima é a que se refere a tensão de torção. Portanto, você pode pensar em deformação de torção como a deformação resultante de forças eletrostáticas.

Cepa estérica

Agora vamos considerar o butano. A rotação da ligação $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma também leva a infinitos conformadores possíveis. No entanto, existem 4 conformadores principais mostrados abaixo:

Aqui, existem 2 tipos de conformadores eclipsados que são os menos estáveis dos conformadores. O mais instável é conhecido como forma de sincronização eclipsada . A forma syn é aproximadamente $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ mais alta em energia do que o conformador escalonado. A razão para isso pode ser parcialmente atribuída à tensão de torção, pois há repulsão entre os elétrons nos orbitais de ligação sigma. No entanto, também pode ser amplamente atribuído à repulsão dos dois grupos metil relativamente volumosos à medida que se tornam muito próximos um do outro e não há espaço suficiente para eles.

Essa repulsão é conhecida como cepa estérica. Portanto, a cepa estérica pode ser definida como a repulsão que ocorre quando grupos não ligados que não estão diretamente ligados se aproximam muito uns dos outros. Essa repulsão só existe para substituintes volumosos, como grupos metil ou etil. Portanto, no etano não há impedimento estérico já que os átomos de hidrogênio não são tão volumosos.

Comentários

• Boa resposta e boa linha tracejada no canto inferior direito da imagem de projeção de Newman;)
• ' É provavelmente útil apontar mais algumas coisas também. A tensão de torção é definida como não existente quando as conformações são escalonadas, portanto, tecnicamente não há torção tensão em 60, 120 e 180. A tensão de torção também só existe entre átomos separados por três ossos ds, como os hidrogênios em CH3-CH3, mais precisamente essas três ligações são H-CH2-CH2-H. A cepa estérica existe apenas em átomos separados por quatro ou mais ligações, como no propano (H-CH2-CH2-CH2-H). É ' provavelmente mais útil considerar ligações de mais de quatro, no entanto, como o butano.
• Excluindo o efeito da interferência construtiva de MO, faça ambos esforços torcionais e a deformação estérica surge da repulsão eletrostática?Quando você diz que a cepa estérica vem da repulsão de grupos volumosos porque não há espaço suficiente para eles, também é uma repulsão entre os elétrons desses grupos, correto? Se você ignorasse a parte da interferência MO, seria adequado considerar a deformação estérica como, de certa forma, uma deformação torcional adicional, por assim dizer?
• Obrigado pela resposta fantástica. Para responder a ' pergunta lightweaver, sim, haverá repulsão de elétrons também porque os dois grupos volumosos ' orbitais de ligação sigma preenchidos se aproximarão um ao outro e sentir uma " preenchida " 4 interação eletrônica que é semelhante à ilustração MO acima.

Para simplificar, tensão torcional é definido como a deformação experimentada pelas ligações quando as conformações não são escalonadas. Portanto, em qualquer ângulo diferente de 60, 120 ou 180, há deformação de torção. Além disso, tensão torsional só pode existir em átomos separados por apenas três ligações .

Portanto, os hidrogênios no etano apenas experimentam deformação torcional, e é zero (tecnicamente minimizado) quando “está cambaleante.

Cepa estérica existe apenas em moléculas que têm quatro ou mais ligações, uma vez que cepa estérica é definido como a repulsão sentida entre átomos em quatro ou mais ligações separadas umas das outras forçadas mais próximas do que o raio de van der Waals normalmente permitiria.

No butano abaixo, há tensão de torção entre os dois carbonos centrais e hidrogênios de cada grupo de metileno central. No entanto, os átomos separados por quatro ou mais ligações sofrem deformação estérica. O impedimento estérico nunca será zero, mas pode ser minimizado quando os átomos são separados pelo máximo de espaço possível.

Comentários

• Como a energia aumenta se nada adiciona energia à molécula? Isso viola a lei de conservação de energia.