Заторможенные и заслонённые конформации: этан и пропан
Торсионное напряжение
linkОпора
- Урок 42. Проекции Ньюмена — строить проекцию Ньюмена вдоль заданной связи
В уроке 42 заторможенная и заслонённая конформации различались только рисунком. Энергетически они не равны: заслонённые связи отталкиваются — их электронные облака сближены. Это торсионное напряжение.
Как посчитать энергию конформации
- Найдите все пары заслонённых связей (в заслонённой конформации их три).
- Сложите вклады по таблице.
- Заторможенную конформацию без гош-взаимодействий принимают за ноль.
| Заслонение | кДж/моль |
|---|---|
| H / H | 4 |
| \(\ce{CH3}\) / H | 6 |
| \(\ce{CH3}\) / \(\ce{CH3}\) | 11 |
Примеры
1. 2,3-Диметилбутан \(\ce{(CH3)2CH-CH(CH3)2}\) вдоль C2–C3. В заслонённой конформации на рисунке пары \(\ce{CH3}\)/\(\ce{CH3}\), \(\ce{CH3}\)/H и H/\(\ce{CH3}\): \(11 + 6 + 6 = 23\) кДж/моль.
2. Этан \(\ce{C2H6}\). Три заслонения H/H: \(3 \cdot 4 = 12\) кДж/моль — эталон торсионного напряжения.
errorБарьер — не запрет
12 кДж/моль — маленький барьер: при 25 °C вращение идёт примерно \(10^{10}\) раз в секунду. Конформеры этана — не отдельные вещества.
edit_noteПопробуйте сами
Оцените энергию заслонённой конформации 2-метилпропана вдоль связи C1–C2.
expand_moreПоказать решение
Спереди C2 (два метила и H), сзади C1 (три H): заслонения \(\ce{CH3}\)/H, \(\ce{CH3}\)/H и H/H — \(6 + 6 + 4 = 16\) кДж/моль.
Что значит барьер
Энергии первой части урока ложатся на график вращения: минимумы — заторможенные конформации, максимумы — заслонённые. Высота барьера решает, как быстро они переходят друг в друга.
Как читать график энергии вращения
- Минимумы — устойчивые конформации (заторможенные), в них молекула проводит почти всё время.
- Максимумы — переходные точки (заслонённые).
- Высота барьера определяет скорость вращения: до 60 кДж/моль — быстрое при комнатной температуре; больше 80–100 — конформеры можно разделить (атропоизомеры).
Примеры
1. Этан \(\ce{C2H6}\) — барьер 12: свободное вращение.
2. Бутан \(\ce{C4H10}\) — максимальный барьер 19 кДж/моль (метилы заслонены): тоже быстро.
3. Бифенилы \(\ce{C6H5-C6H5}\) с объёмными заместителями — барьер больше 100 кДж/моль: вращение заморожено, изомеры устойчивы.
errorМинимум — не единственная конформация
Молекулы непрерывно распределены по конформациям; в минимуме их больше всего. Долю каждой конформации считают по распределению Больцмана (урок 45).
edit_noteПопробуйте сами
Можно ли разделить заторможенную и заслонённую конформации пропана при комнатной температуре?
expand_moreПоказать решение
Нет: барьер около 14 кДж/моль, вращение идёт миллиарды раз в секунду.
push_pinГлавное
Заслонённая конформация этана на 12 кДж/моль выше заторможенной: три заслонения H/H по 4 кДж/моль (торсионное напряжение). Заслонение \(\ce{CH3}\)/H стоит 6 кДж/моль: барьер пропана 14 кДж/моль. Барьеры такого размера преодолеваются при комнатной температуре миллиарды раз в секунду — конформеры не разделить.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.