Care este diferența dintre tulpina sterică și tulpina torsională?

TL; DR Tensiunea torsională poate fi considerată ca o respingere datorată forțelor electrostatice dintre electroni în MO-urile adiacente. Între timp, tulpina sterică (cunoscută și sub numele de tulpină van der Waals) poate fi considerată repulsie atunci când două grupuri voluminoase care nu sunt legate direct una de cealaltă devin prea apropiate una de cealaltă și, prin urmare, nu există „suficient spațiu pentru ele.

Iată versiunea mai detaliată.

Torsional Strain

Să luăm în considerare o moleculă de etan. Legătura sigma CC este liberă să se rotească și, în principiu, există un număr infinit de posibile conformații. Cu toate acestea, doar 2 sunt semnificative, acestea sunt conformații eșalonate și eclipsate. pot fi ușor comparate între ele. Mai jos sunt proiecțiile Newman pentru conformerul eclipsat și eșalonat:

Conformorul eșalonat este cel mai stabil conform, în timp ce conformatorul eclipsat este cel mai puțin conform conform. fost este cu aproximativ $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ mai stabil decât conformerul eclipsat. Această diferență de energie între aceste maxime și minime este cunoscută sub numele de barieră torsională .

Deci, ce este tulpina de torsiune? Motivul pentru care conformerul eclipsei este o energie mai mare decât oricare alți conformatori se datorează repulsiei electrostatice destabilizante între perechile de electroni ai legăturilor sigma C-H de pe cei doi carboni. Mai mult, există, de asemenea, o caracteristică de stabilizare care este mai mare în conformatorul decalat. În conformerul eșalonat există o interacțiune orbitală constructivă care implică MO-urile de legare și anti-legare ale atomilor de H adiacenți. Acest lucru are ca rezultat hiper conjugarea care stabilizează compusul.

Cele două efecte care Am menționat mai sus la ce se referă tensiunea torsională. Deci, vă puteți gândi la tensiunea de torsiune ca la tensiunea care este rezultatul forțelor electrostatice.

Tulpină sterică

Acum să luăm în considerare butanul. Rotația legăturii sigma $ \ mathrm {C_2-C_3} $ duce, de asemenea, la infiniti posibili conformatori. Cu toate acestea, există 4 conformeri principali afișați mai jos:

Aici există 2 tipuri de conformere eclipsate care sunt cele mai puțin stabile dintre conformere. Cea mai instabilă este cunoscută sub numele de forma syn eclipsată . Forma syn este cu aproximativ $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ mai mare în energie decât conformerul decalat. Motivul pentru acest lucru poate fi parțial atribuit tensiunii de torsiune, deoarece există repulsie între electroni în orbitalii de legătură sigma. Totuși, ea poate fi atribuită în mare parte repulsiei celor două grupări metilice relativ voluminoase, deoarece acestea devin prea apropiate una de cealaltă și nu există „suficient spațiu pentru ele.

Această repulsie este cunoscută sub numele de tulpină sterică. Prin urmare, tulpina sterică poate fi definită ca repulsia care apare atunci când grupurile nelegate care nu sunt legate direct se apropie una de alta prea strâns. Această repulsie există doar pentru substituenții voluminoși, cum ar fi grupările metil sau etil. Deci, în etan nu există obstacole sterice. deoarece atomii de hidrogen nu sunt atât de voluminoși.

Comentarii

• Răspuns frumos și linie întreruptă frumoasă în dreapta jos a imaginii de proiecție Newman;)
• ' este probabil util să subliniez și alte lucruri. Deformația torsională este definită ca inexistentă atunci când conformațiile sunt eșalonate, deci tehnic nu există torsiune tulpina la 60, 120 și 180. Deformația torsională există de asemenea doar între atomi separați de trei bon ds, cum ar fi hidrogenii din CH3-CH3, mai exact acele trei legături sunt H-CH2-CH2-H. Tulpina sterică există numai în atomi separați de patru sau mai multe legături, cum ar fi în propan (H-CH2-CH2-CH2-H). ' este probabil mai util să se ia în considerare legături mai mari de patru, totuși, cum ar fi butanul.
• Excluzând efectul interferenței constructive MO, faceți ambele tensiuni de torsiune iar tulpina sterică apare din repulsia electrostatică?Când spuneți că tulpina sterică provine din respingerea grupurilor voluminoase, deoarece nu există suficient spațiu pentru ele, este, de asemenea, o respingere între electronii acestor grupuri, corect? Dacă ați ignora partea de interferență MO, ar fi potrivit să luați în considerare tensiunea sterică ca, într-un fel, tensiunea torsională suplimentară, așa cum ar fi?
• Vă mulțumim pentru răspunsul fantastic. Pentru a răspunde la întrebarea lightweaver ', da, va exista și repulsia electronilor, deoarece cele două grupuri voluminoase ' se vor apropia de orbitalele sigma bond unii pe alții și simțiți o " interacțiune " 4 interacțiune e-similară cu ilustrația MO de mai sus.

Pentru simplitate, deformare torsională este definit ca fiind deformarea experimentată de legături atunci când conformațiile nu sunt eșalonate. Deci, la orice unghi diferit de 60, 120 sau 180, există deformare torsională. În plus, deformarea torsională poate exista vreodată numai în atomi separați numai de trei legături .