Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Биоорганическая химия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Конфигурация и конформации этана. Проекционные формулы Ньюмена

В молекуле этана, наряду с a-связями С-Н, имеется и а-связь С-С, образованная перекрыванием двух 5р3-гибридных АО углерода. Длина а-связи С-С 0,154 нм, энергия 348 кДж/моль. Вокруг а-связи возможно вращение отдельных фрагментов молекулы (заместителей), так как она имеет ось симметрии, совпадающую с линией а-связи:

При вращении метальных групп вокруг связи С-С в молекуле этана будут возникать разные конформации, различающиеся запасом внутренней энергии.

Взаимные переходы конформаций осуществляются без разрыва а-связей. Угол поворота вокруг а-связи называется торсионным и обозначается греческой буквой ф (фи).

Торсионный угол — это двугранный угол, образованный плоскостями, в которых лежат связи соседних атомов четырехатомного фрагмента молекулы:

Минимальное значение при отсчете торсионного угла принимают равным 60°, следовательно, из множества возникающих конформаций во внимание принимается только шесть. Относительно большей внутренней энергией обычно обладают конформации, в которых заместители находятся на самом близком расстоянии друг от друга, такие конформации называют заслоненными. Конформации, у которых заместители наиболее удалены друг от друга в пространстве, т.е. с относительно меньшей внутренней энергией, называются заторможенными.

Этан имеет три заслоненные и три заторможенные конформации:

Проекционные формулы Ньюмена. Наряду со стереохимическими формулами, для изображения конформаций на плоскости используют проекционные формулы Ньюмена (проекции Ньюмена). Для этого молекулу располагают так, чтобы одна a-связь, относительно которой происходит вращение, была перпендикулярна к плоскости листа бумаги. Ближайший к наблюдателю атом углерода обозначают точкой, а отходящими от нее тремя лучами — остальные а-связи этого атома углерода. Атом углерода, наиболее удаленный от наблюдателя, изображают в виде окружности и «выступающих» из нее черточек — а-связи (рис. 3.5).

Каждая из трех конформаций имеет одинаковую энергию и поэтому их называют вырожденными. Внутренняя энергия заслоненной конформации этана на 12 кДж/моль больше, чем энергия его заторможенной конформации (рис. 3.6).

Разность энергий различных конформаций составляет энергетический барьер вращения, его существование связано с взаимодействием противолежащих a-связей С-Н при их сближении в заслоненной конформации. Такое увеличение энергии системы называют торсионным напряжением, оно обусловлено отталкиванием электронных облаков связей противостоящих атомов.

У более сложных соединений наряду с торсионным напряжением действует еще один фактор, затрудняющий свободное вращение, — ван-дер-ваальсово напряжение, обусловленное силами отталкивания между валентно не связанными, но большими по объему заместителями, находящимися на расстоянии, меньшем суммы их ван-дер-ваальсовых радиусов.

Изображение в проекционных формулах Ньюмена

Рис. 3.5. Изображение в проекционных формулах Ньюмена: а — ближайшего (1) и наиболее удаленного (2) от наблюдателя атома углерода; б — заслоненной конформации этана; в — заторможенной конформации этана

З.б. Потенциальная энергия конформаций этана

Рис. З.б. Потенциальная энергия конформаций этана: а — заслоненной; б — заторможенной

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>