Конформационный анализ бутана

Теперь вы умеете строить проекции Ньюмана для конформаций бутана. Вот молекула бутана. Возьмем связь между вторым и третьим атомом. Она будет на линии ракурса. Вот так будет идти эта линия. Я ее нарисую. Вдоль этой связи. Итак, смотрим вдоль этой связи и строим проекцию Ньюмана. Передним атомом углерода будет вот этот. Вот он, атом. Это первый атом, который мы видим. В проекции Ньюмана это точка. Вот атом водорода вверху справа – он будет вверху справа. Вот этот атом водорода. Итак, верхний правый. Ну а вот верхний левый. Перенесу и его на проекцию Ньюмана. Кроме атомов водорода, с этим атомом соединена метильная группа, отходящая вниз. Нарисую метильную группу внизу. Вот метильная группа. А задним атомом углерода будет вот этот... вот он. Нарисую задний атом. Что с ним соединено? Вверх отходит метильная группа. Нарисую вверху метильную группу. Внизу справа – атом водорода. И я нарисую атом водорода внизу справа. Еще один атом водорода внизу слева. И я рисую атом водорода внизу слева. Это заторможенная проекция Ньюмана для бутана. Вот так. Для получения другой конформации выполним поворот. Вращать будем только передний атом углерода. Возьмем эту метильную группу и повернем передний атом углерода вот так... вот таким вот образом, вращая метильную группу. Если у вас есть набор для моделирования молекул, для наглядности можете воспользоваться им. Углы между связями остаются прежними, но метильная группа находится в другом положении, как и атомы водорода. У заднего атома совсем ничего не изменилось. Вот метильная группа, вот два атома водорода. Это другая конформация бутана. Давайте повернем передний атом углерода еще раз, а задний не трогаем. Повернем метильную группу, чтобы получить новую конформацию. Те же углы между связями. Здесь метильная группа, а здесь 2 атома водорода. У заднего атома углерода все по-прежнему. Все эти конформации заторможенные. Что можно сказать о стабильности этих конформаций? Какая из них самая стабильная? Посмотрите на первую конформацию... На первую конформацию. Две метильные группы: вот одна, а вот вторая. Угол между ними – 180 градусов, то есть торсионный угол равен 180. Это антиконформация. Группы противопоставлены друг другу. Торсионный угол – 180 градусов. Метильные группы большие, в них много электронов, отталкивающихся друг от друга. Чем дальше они друг от друга, тем стабильнее конформация. Антиконформация – самая стабильная из заторможенных. Итак, двигаемся далее. Во второй конформации угол между метильными группами составляет 60 градусов. Было 180 градусов между метильными группами, а теперь 60. И такую конформацию химики называют скошенной. Метильные группы создают стерические затруднения. Здесь они близко, что дестабилизирует молекулу. Стерические затруднения создают напряжение, составляющее 3,8 кДж/моль для скошенного взаимодействия метильных групп. Итак, 3,8 кДж/моль для скошенного взаимодействия метильных групп. Оно дестабилизирует. В третьей конформации этот угол опять 60 градусов. Это также скошенная конформация бутана. Скошенное взаимодействие добавляет всё те же 3,8 кДж/моль в этой конформации. Анти-конформация остается самой стабильной. У этих конформаций одинаковая энергия: 3,8 и 3,8. Из-за этого скошенные конформации считаются вырождёнными. Это проекции Ньюмана для заторможенных конформаций. А что насчет заслоненных конформаций? Будем вращать атомы в молекуле бутана и смотреть, что получится. Итак, вот передний атом углерода. Метильная группа. Атомы водорода. Метильная группа при заднем атоме заслоняется передней. И вот два атома водорода. Вот они. Вот такая заслоненная конформация, которая самопроизвольно переходит в другую заслоненную конформацию... в другую Вращаем передний атом, и метильная группа смещается вот сюда. А задний атом углерода остается при этом на месте. Поворот на 120 градусов: вот метильная группа, вот атомы водорода. Опять же, с пластмассовой моделью нагляднее. А вот задняя метильная группа, и вот у нас задние атомы водорода. Это еще одна возможная заслоненная конформация. Эту метильную группу можно двигать еще. Нарисуем третий возможный вариант. Вот такие углы между связями, а метильная группа будет здесь. Вот водород. И еще один. Задний атом опять остается на месте. Вот атом водорода. Второй. Три заслоненные конформации бутана. Три заслоненные конформации, вот они. А, что же насчет их стабильности? В первом случае угол между большими метильными группами составляет всего 0 градусов. Возникают значительные стерические затруднения. Возникает торсионное напряжение вследствие отталкивания электронов, усиливая напряжение вследствие стерических затруднений. В совокупности эти напряжения составляют 11 кДж/моль. Соседство двух метильных групп увеличивает энергию молекулы на 11 кДж. Соседство атомов водорода дает 4 кДж/моль. Общая потенциальная энергия равняется сумме 11 и 8. Это 19 кДж/моль в этой конформации. Во второй конформации соседствуют 2 атома водорода. Это 4 кДж/моль. Соседство водорода и метильной группы дает 6 кДж/моль. Здесь тоже 6. Складываем и получаем общую энергию в 16 кДж/моль. Справа будет то же самое. Итак... Тут 6, 6 и 4. Опять 16 кДж/моль. Вырожденные конформации имеют одинаковую потенциальную энергию. Две правые конформации стабильнее левой, так как соседство метильных групп дестабилизирует молекулу. Нарисуем похожую на бутан линейную молекулу, у которой метильная группа отходит от цепи. Пусть метильная группа отходит от цепи вот здесь. Вот метильная группа, вот водород. Продолжаем. Вот водород. И вот водород. Это 2-метилбутан. Линия ракурса совпадает со связью, соединяющей второй и третий атомы углерода. Нарисую ее для наглядности. Итак, вот линия ракурса. Вот такая. Мы смотрим с этой стороны. Построим проекцию Ньюмана. Допустим, нам нужна самая стабильная конформация. Конечно, это заторможенная. Нарисуем все три варианта и затем решим, какой из них стабильнее. Первый атом на линии ракурса будет передним. Нарисуем его связи. Внизу – метильная группа. Вот здесь. Еще одна метильная группа будет вот тут. Третьим будет водород. Что насчет заднего атома? Я вижу, что с ним соединены атомы водорода здесь и здесь, и есть метильная группа. Это одна из заторможенных конформаций 2-метилбутана. Одна из заторможенных конформаций. В этот раз я буду вращать задний атом, а не передний. На это нет ограничений, но мне так удобнее, потому что при переднем атоме две метильных группы, а при заднем всего одна, только и всего. Итак, вращаем задний атом. Мы его вращаем. И вращаем мы его по часовой стрелке, в этом направлении. Что у нас получится? Это заторможенная конформация. Вот метильная группа, вот атомы водорода. И еще одна заторможенная конформация. Вновь вращаем задний атом. Вращаем по часовой стрелке. Таким вот образом. Какой же будет проекция Ньюмана? С передним атомом все по-прежнему: две метильных группы. Метильная группа заднего атома окажется вот здесь. Вот атом водорода. Вот еще один. Давайте сравним эти три конформации и найдем самую стабильную. Какие здесь есть взаимодействия? Я вижу скошенное взаимодействие двух метильных групп. Так и запишем. Одно скошенное взаимодействие. Мы уже знаем, что каждое скошенное взаимодействие добавляет 3,8 кДж напряжения. 3,8 кДж напряжения. Теперь другая конформация. Здесь два скошенных взаимодействия. Я это запишу под проекцией. Каждая дает 3,8 кДж/моль. С двух будет 7,6 кДж/моль. А что же с третьей конформацией? Только одно скошенное взаимодействие. Я подпишу это внизу: одно взаимодействие. Это 3,8 кДж/моль... 3,8. Какая из трех конформаций будет самой стабильной? Конформация с наиболее высокой энергией наименее стабильна. Итак, конформация с наиболее высокой энергией наименее стабильна. Два скошенных взаимодействия дестабилизируют молекулу, так что в этой конформации молекула проводит минимум времени. А эта конформация, как и эта, обладает высокой стабильностью. Итак, обе эти высокой стабильности. Они вырожденные, потому что значения их энергии одинаковы. Subtitles by the Amara.org community