16.2
Le stabilità relative dei dieni non coniugati e coniugati possono essere valutate confrontando i loro calori di idrogenazione.
Ad esempio, il calore di idrogenazione dell'1-butene è -127 kJ/mol. Ci si aspetterebbe che questo valore aumenti di due volte nell'1,3-butadiene; tuttavia, è inferiore di 15 kJ/mol rispetto al previsto.
Quindi, cosa rende i dieni coniugati più stabili?
Il legame singolo carbonio-carbonio nei sistemi coniugati è formato da una sovrapposizione sp2-sp 2 rispetto a una sovrapposizione sp3-sp 2 nei sistemi isolati. Poiché gli orbitali sp2 hanno un carattere s più alto, il legame σ nei dieni coniugati è più corto e più forte.
Inoltre, la delocalizzazione degli elettroni π conferisce una maggiore stabilità ai sistemi coniugati.
Affinché la delocalizzazione degli elettroni abbia effetto, gli orbitali p devono essere paralleli, vincolando la geometria molecolare a una struttura planare.
I conformeri s-cis e s-trans dell'1,3-butadiene soddisfano il criterio di planarità, con s-trans più stabile. L'energia di attivazione cis-trans è di circa 15 kJ/mol, equivalente all'energia di stabilizzazione dei dieni coniugati.
Introduzione
Un confronto delle entalpie di idrogenazione dei dieni rivela che i dieni coniugati rilasciano meno calore durante l'idrogenazione, rendendoli più stabili dei loro analoghi non coniugati.
I due principali fattori che contribuiscono all'aumento della stabilità dei sistemi coniugati sono la delocalizzazione degli elettroni π e l'ibridazione sp^2 dei carboni che formano i singoli legami.
Conformatori planari di dieni coniugati
I dieni coniugati adottano due configurazioni planari, s-cis e s-trans, dove gli orbitali p non ibridati sono allineati parallelamente tra loro, facilitando la delocalizzazione degli elettroni π attraverso la molecola. Di seguito sono mostrati i conformeri s-cis e s-trans dell'1,3-butadiene.
Il prefisso “s” descrive l’orientamento dei doppi legami rispetto al legame singolo C–C. I conformeri subiscono una rapida conversione interna a temperatura ambiente tramite rotazione attorno al legame singolo centrale. Nella forma s-cis i due doppi legami si trovano dalla stessa parte del legame singolo e hanno un angolo diedro pari a 0°. Nella forma s-trans essi sono sui lati opposti con un angolo diedro di 180°. Il conformero s-cis è meno stabile del conformero s-trans a causa dell'interazione sterica tra i due idrogeni come mostrato di seguito.
Le stabilità relative dei dieni non coniugati e coniugati possono essere valutate confrontando i loro calori di idrogenazione.
Ad esempio, il calore di idrogenazione dell'1-butene è -127 kJ/mol. Ci si aspetterebbe che questo valore aumenti di due volte nell'1,3-butadiene; tuttavia, è inferiore di 15 kJ/mol rispetto al previsto.
Quindi, cosa rende i dieni coniugati più stabili?
Il legame singolo carbonio-carbonio nei sistemi coniugati è formato da una sovrapposizione sp2-sp 2 rispetto a una sovrapposizione sp3-sp 2 nei sistemi isolati. Poiché gli orbitali sp2 hanno un carattere s più alto, il legame σ nei dieni coniugati è più corto e più forte.
Inoltre, la delocalizzazione degli elettroni π conferisce una maggiore stabilità ai sistemi coniugati.
Affinché la delocalizzazione degli elettroni abbia effetto, gli orbitali p devono essere paralleli, vincolando la geometria molecolare a una struttura planare.
I conformeri s-cis e s-trans dell'1,3-butadiene soddisfano il criterio di planarità, con s-trans più stabile. L'energia di attivazione cis-trans è di circa 15 kJ/mol, equivalente all'energia di stabilizzazione dei dieni coniugati.
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