Конформационный анализ бутана
Конформации бутана
linkОпора
- Урок 43. Заторможенные и заслонённые конформации: этан и пропан — сравнивать энергию конформаций по торсионному напряжению
Бутан — простейшая молекула, на которой видно, как размер групп меняет энергию конформаций; те же рассуждения потом применяют к любым цепям. В этане из урока 43 все заторможенные конформации одинаковы. В бутане при вращении вокруг C2–C3 сближаются метилы — к торсионному добавляется стерическое напряжение.
Как проанализировать вращение
- Нарисуйте проекцию Ньюмена вдоль C2–C3: по метилу и два H на каждом атоме.
- Поворачивайте задний атом через 60° и называйте конформацию: анти (180°), гош (60°), заслонённая (0° или 120°).
- Посчитайте энергию: заслонения (4, 6, 11) и гош-взаимодействие \(\ce{CH3}\)/\(\ce{CH3}\) (3,8 кДж/моль).
| Конформация | Угол между метилами | Энергия, кДж/моль |
|---|---|---|
| анти | 180° | 0 |
| гош | 60° | 3,8 |
| заслонённая (\(\ce{CH3}\)/H) | 120° | \(6 + 6 + 4 = 16\) |
| полностью заслонённая (\(\ce{CH3}\)/\(\ce{CH3}\)) | 0° | \(11 + 4 + 4 = 19\) |
Примеры
1. Анти — метилы \(\ce{CH3}\) под 180°, как можно дальше: 0 кДж/моль.
2. Гош — метилы \(\ce{CH3}\) рядом (60°): 3,8 кДж/моль.
3. Заслонённая \(\ce{CH3}\)/H — 120°: \(6 + 6 + 4 = 16\) кДж/моль, барьер между анти и гош.
errorГош — заторможенная, но не лучшая
Гош-конформация заторможенная (нет заслонений), но в ней метилы близко. Она выше анти на 3,8 кДж/моль — это стерическое, а не торсионное напряжение.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько гош-конформаций у бутана и чем они отличаются?
expand_moreПоказать решение
Две (метилы под 60° и под 300°): это зеркальные формы с одинаковой энергией.
Конформации других молекул
Анализ бутана из первой части урока работает для любого замещённого этана: рисуем три заторможенные конформации и считаем гош-взаимодействия.
Как оценить энергию конформаций замещённого этана
- Нарисуйте все три заторможенные конформации поворотом на 120°.
- Для каждой посчитайте гош-взаимодействия между большими группами (3,8 кДж/моль для метилов).
- Минимальная энергия — у конформации с наименьшим числом гош-взаимодействий.
Примеры
1. 1-Бромпропан \(\ce{BrCH2CH2CH3}\) вдоль C1–C2. Спереди Br и два H, сзади метил и два H. Анти (Br против метила) выгоднее двух одинаковых гош-форм.
2. Три одинаковые группы. Если у заднего атома три одинаковых заместителя (например, в 2,2-диметилпропане \(\ce{C(CH3)4}\)), все три заторможенные конформации одинаковы.
3. 1,2-Дихлорэтан \(\ce{ClCH2CH2Cl}\). Анти выгоднее гош: крупные полярные атомы хлора отталкиваются.
4. 2-Фторэтанол \(\ce{FCH2CH2OH}\). Гош выгоднее анти: атом водорода группы OH образует внутримолекулярную водородную связь с фтором.
errorВодородная связь меняет картину
Не всегда анти лучше. Если группы притягиваются (водородная связь, урок 9), выгодна гош-конформация.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько гош-взаимодействий метил–метил в самой выгодной конформации 2,2-диметилбутана вдоль связи C2–C3?
expand_moreПоказать решение
Спереди три метила, сзади метил и два H: задний метил всегда между двумя передними — два гош-взаимодействия в любой заторможенной конформации.
push_pinГлавное
При вращении вокруг C2–C3 у бутана четыре типа конформаций: анти (метилы под 180°, 0 кДж/моль), гош (60°, 3,8 кДж/моль — стерическое отталкивание метилов), заслонённая с метилом против H (16 кДж/моль) и полностью заслонённая с метилами друг против друга (19 кДж/моль). Самая выгодная — анти, самая невыгодная — метилы заслонены.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.