Конформационная изомерия

4.2.1.Способы изображения пространственного строения.

4.2.1.1. Стереохимические формулы.

В этих формулах связи, лежащие на плоскости бумаги, обозначаются тонкими линиями, связи, лежащие перед плоскостью бумаги обозначаются утолщенными клинообразными линиями, за плоскостью бумаги – тоже клинообразными (волнистыми) линиями с обратной перспективой(формула А):

4.2.1.2. Перспективные формулы.

Эти формулы описывают пространственное строение при рассмотрении молекулы вдоль одной из s-связей (формулы Б и В для этана и бутана в наиболее устойчивых заторможенных конформациях).

4.2.1.3. Проекционные формулы Ньюмена.

В этом случае связь С-С, вокруг которой рассматривается вращение, изображают на проекции в виде точки, причем, ближайший атом С и является этой точкой, а дальний в виде окружности:

При этом формула Б в виде проекции Ньюмена имеет изображениеГ.

4.2.2. Конформеры. Барьеры вращения.

Для этана имеется две крайние конформации заторможенная Г, когда расстояние между атомами Н каждой из групп СН₃ наибольшее, а отталкивание по закону Кулона между однотипными зарядами наименьшее (наиболее устойчивая конформация); заслоненная конформация Д, когда при вращении групп СН₃ относительно друг друга атомы Н сближаются (заслоняют друг друга), а энергия отталкивания возрастает до максимального значения (наименее устойчивая конформация). Между конформациями Г и Д существует бесконечное множество промежуточных состояний. Энергию вращающихся групп СН₃ в этане можно изобразить в виде зависимости свободной энергии Гибса G от угла вращения:

Для бутана будет следующий набор конформеров:

где Е – наименее устойчивая, заслоненная син-конформация (группы СН₃ заслоняют друг друга), З и Л – чуть более устойчивые заслоненные конформации, в которых группы СН₃ повернуты относительно друг друга на 120 ^о и 240 ^о соот-ветсвенно, Ж и М – заторможенные гош-конформации с углом поворота групп СН₃ на 60 ^о и 300 ^о соответственно, К – наиболее устойчивая заторможенная анти-конформация с углом поворота групп СН₃ на 180 ^о. График же зависимости энергии от угла вращения групп СН₃ будет иметь следующий вид:

Барьеры вращения в этане и бутане невелики по сравнению с энергиями химической связи (см. табл. 2.2 в лекции № 2), поэтому вращение происходит достаточно свободно, и все конформации находятся в равновесии. Например, разница в энергии наиболее стабильных анти- и гош-конформеров бутана составляет 3,5 кДж/моль. Исходя из этой энергии, было посчитано, гош-конформеры составляют 31%, а анти-конформер – 69% (более устойчив).

Дата добавления: 2014-01-11