ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ И СТЕРЕОИЗОМЕРИЯ

Межатомные расстояния и валентные углы в молекулах н-алканов равны стандартным значениям.

Молекула метана представляет собой правильный тетраэдр

 

 

Пространственная структура гомологов метана определяется возможностью вращения фрагментов их молекул, соединенных простой связью. При таком вращении молекула приобретает определенную геометрию (конформацию). Конформации одного соединения различаются степенью поворота относительно одной или нескольких связей. Например, молекула этана может принимать различные конформации. Эти конформации различаются по устойчивости. Устойчивые конформации соответствуют конформерам. Конформеры являются примером стереоизомеров.

Стереоизомеры – органические соединения, имеющие одинаковые молекулярные формулы и последовательность атомов в молекулах, но различное расположение атомов в пространстве.

Ниже даны изображения некоторых стереоизомеров этана:

 

проекция типа «лесопильные козлы:»               проекции Ньюмена:

 

Заслоненная конформация – конформация, в которой группы у соседних атомов находятся одна за другой (см., например, в проекции Ньюмена); двугранный угол между заместителями, находящимися у соседних атомов углерода, равен 0°.

Заторможенная конформация – конформация с двугранным углом между заместителями у соседних атомов углерода, равным 60°.

Барьер вращения – энергия, требуемая для превращения одной конформации в другую. Например, барьер вращения при переходе заторможенной конформации этана (наиболее устойчивая конформация - конформер) в заслоненную конформацию (наименее устойчивую) определяется как  и составляет 3 ккал/моль. Энергия заслоненного взаимодействия каждой пары соседних  связей может быть оценена, таким образом, в 1 ккал/моль.

 

ккал/моль

 

Рассмотрим конформации и конформеры н-бутана, в наибольшей степени различающиеся по энергии:

 

Анти-конформация н-бутана – одна из заторможенных конформаций, в которой метильные группы максимально удалены одна от другой; это – наиболее устойчивая конформация н-бутана (конформер).

Гош-конформация н-бутана – одна из заторможенных конформаций, в которой метильные группы являются соседними.

Для молекулы н-бутана характерно наличие нескольких барьеров вращения. Как следует из показанной ниже энергетической диаграммы (рис. 2.1), устойчивость конформаций н-бутана снижается в ряду: анти- > гош- >заслоненная (1) > заслоненная (2). В том же ряду возрастает их относительная энергия.

Наличие различных барьеров вращения в молекуле н-бутана определяется различиями в пространственных взаимодействиях Н атомов и метильных групп в различных конформациях. Например, в заслоненной конформации (1) имеются 2 ( ) взаимодействия и 1 ( ) взаимодействие, а в наименее устойчивой заслоненной конформации (2) – 1 ( ) и 2 ( ) взаимодействия.

 

Рис. 1.1 Относительные энергии конформации н-бутана

 

Равновесный состав конформаций (конформеров) подчиняется термодинамическому контролю. Знание величины барьера вращения позволяет вычислить значение , например, для этана:

 

 

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: