Торсионное и стерическое напряжение; доли конформеров

8 заданий

Три вида напряжения

Энергия конформации складывается из нескольких вкладов. Их важно различать.

Как определить вид напряжения

Торсионное — заслонённые связи у соседних атомов.
Стерическое — объёмные группы ближе, чем позволяют их размеры (гош-метилы, 1,3-диаксиальные группы).
Угловое — валентные углы отличаются от 109,5° (малые циклы).

Примеры

1. Заслонённый этан — только торсионное.

2. Гош-бутан — только стерическое.

3. Полностью заслонённый бутан — торсионное и стерическое.

4. Циклопропан — угловое (60° вместо 109,5°) и торсионное (все связи заслонены).

errorЗаторможенная — ещё не без напряжения

В гош-бутане связи заторможены, но метилы близко. Отсутствие заслонений не означает отсутствия стерического напряжения.

edit_noteПопробуйте сами

Какие виды напряжения в циклобутане?

expand_moreПоказать решение

Угловое (около 88° вместо 109,5°) и торсионное: кольцо изогнуто, но заслонения частично остаются.

Доли конформеров

Энергия конформаций определяет, сколько молекул находится в каждой из них.

Как посчитать соотношение конформеров

Найдите разность энергий \(\Delta E\) (кДж/моль).
\(K = \dfrac{[\text{устойчивый}]}{[\text{неустойчивый}]} = e^{\Delta E/RT}\), \(R = 8{,}314 \cdot 10^{-3}\) кДж/(моль·К).
Если одинаковых конформаций несколько (например, две гош), умножьте долю на их число — статистический вес.
Доля устойчивого: \(K/(1 + K)\).

Примеры

1. Ориентир. При 298 К \(RT = 2{,}48\) кДж/моль; \(\Delta E = 5{,}7\) кДж/моль — отношение 10 : 1; 11,4 — 100 : 1.

2. Бутан. Гош выше анти на 3,8 кДж/моль: \(e^{-3{,}8/2{,}48} = 0{,}22\) на каждую гош-форму; их две — \(0{,}43\). Анти: \(1/(1 + 0{,}43) = 70\) %, гош вместе — 30 %.

3. Нагревание выравнивает доли: при большой \(T\) показатель уменьшается.

errorНе забудьте статистический вес

У бутана две гош-конформации и одна анти. Если считать только одну гош, доля анти выйдет завышенной: 82 % вместо 70 %.

edit_noteПопробуйте сами

Разность энергий двух конформеров 5,7 кДж/моль при 298 К. Каково их соотношение?

expand_moreПоказать решение

\(e^{5{,}7/2{,}48} = e^{2{,}3} \approx 10\) — 10 : 1, устойчивого около 91 %.

push_pinГлавное

Торсионное напряжение — от заслонения связей, стерическое — от сближения объёмных групп, угловое — от искажения валентных углов. Соотношение двух конформеров: \(K = e^{\Delta E/RT}\) с учётом числа одинаковых конформаций (статистического веса). При 25 °C \(RT = 2{,}48\) кДж/моль: разница 5,7 кДж/моль даёт отношение 10 : 1.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.