ТОП 10:

Закономерности в углах внутреннего вращения, конформеры.



Рассмотрим внутреннее вращение на примере молекулы этана.

Здесь в двух проекциях изображена самая выгодная, так называемая, скрещенная конформация этана, в которой атомы H находятся в транс-положении относительно С-С связи.

 

 

При вращении одной метильной группы относительно другой на 60о вокруг С-С связи получается затененная или цис-конформация.

Затененная или цис-конформация молекулы этана.

 

Цис-конформация является наименее устойчивой, так как в этой конформации расстояние между атомами водорода (попарно) разных метильных групп минимально, и силы отталкивания между этими атомами водорода наибольшие. Поэтому в этом положении метильная группа имеет максимум потенциальной энергии.

Очевидно, что в природе молекула этана чаще всего находится в виде самой энергетически выгодной транс-конформации, которой соответствует минимум потенциальной энергии. Таким образом, транс-конформация является равновесной конформацией молекулы этана (см. §1.3).

Примем угол поворота метильной группы равным нулю в цис-конформации - j = 0о. Тогда при изменении этого угла потенциальная энергия вращения метильной группы вокруг С-С связи будет выглядеть следующим образом.

Как видим, потенциальная кривая имеет три минимума, углы в которых отличаются на 120о. Эти минимумы соответствуют трем транс-конформерам, но эти конформеры неотличимы друг от друга, так как водороды в метильных группах этана совершенно идентичны. Для того, чтобы перейти из положения, соответствующего одному минимуму, в положение, соответствующее соседнему минимуму, метильная группа должна иметь кинетическую энергию (вращения), превышающую или равную высоте потенциального барьера Uo.

Для этана и ряда других молекул, в которых вращение происходит вокруг оси симметрии порядка С3 (см. Тема 2. Симметрия молекул.), зависимость U(j) описывается эмпирической формулой

Высота потенциального барьера U0, ограничивающего вращение, определяется величиной энергии взаимодействия валентно несвязанных атомов во вращающихся группах:

 

Вещество U0, кДж/моль Вещество U0, кДж/моль

H3C – CH3 12,1 H3C – CH2F 13,9

H3C – C2H5 14,2 H3C – CH2Cl 15,5

H3C – CH(CH3)2 16,3 H3C – OH 4,5

H3C – C(CH3)3 18,4

 

Из приведенных данных видно, что значение U0 возрастает при замещении атомов водорода в молекуле этана атомами галогенов (или метильными группами) и уменьшается, если вращение происходит вокруг связи C-O

Если энергия теплового движения (кинетическая энергия вращения) какой-нибудь атомной группы в молекуле меньше высоты потенциального барьера, то эта группа не может покинуть положение, соответствующее минимуму потенциальной энергии, и совершает колебания около этого положения. Такой вид теплового движения называется заторможенным вращением.

Конформация – это такое взаимное расположение атомов и атомных групп в молекуле, которое может быть изменено в результате вращения или поворота отдельных частей молекулы без разрыва химических связей. Выше на рисунках изображены две конформации этана. Наравне с термином «конформация» используются термины «конформер» и «поворотный изомер».

В отличие от конформации, конфигурация – это такое взаимное расположение атомов в молекуле, которое нельзя изменить путем вращения (поворота) отдельных частей молекулы без разрыва химических связей. Например:

Переход от одной из таких конфигураций к другой невозможен без разрыва химических связей, так как вращение вокруг двойной связи невозможно.

 

Цис-изомер транс-изомер

 







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-19; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.229.119.29 (0.002 с.)