3.6: Conformações do etano e propano

Em uma molécula orgânica, a rotação livre em torno da ligação simples entre carbonos resulta em conformações energeticamente diferentes da molécula. Devido a essa rotação, chamada rotação interna, o etano tem duas conformações principais: escalonada e eclipsada.

A conformação escalonada é uma conformação de baixa energia e mais estável, com as ligações C-H no carbono frontal posicionadas em ângulos diédricos de 60° em relação às ligações C-H no carbono posterior, levando à redução na tensão de torção. No etano escalonado, o orbital molecular de ligação de uma ligação C-H interage com o orbital molecular antiligante da outra, estabilizando ainda mais a conformação. A rotação do carbono mais distante, mantendo o carbono mais próximo do observador estacionário, gera um número infinito de conformações. Em ângulos diédricos de 0°, os grupos C-H se cobrem, formando uma conformação eclipsada. Essa conformação tem cerca de 12 kJ/mol a mais de tensão torsional do que a conformação escalonada e, portanto, é menos estável. As moléculas de etano se interconvertem rapidamente entre vários estados escalonados enquanto passam pelos estados eclipsados ​​de maior energia. As colisões moleculares fornecem a energia necessária para atravessar essa barreira de torção.

Semelhante ao etano, o propano também possui duas conformações principais: a conformação escalonada estável (baixa energia) e a conformação eclipsada instável (alta energia).

Uma molécula de etano, quando vista abaixo da ligação carbono-carbono, mostra os grupos CH espaçados em ângulos diedros de 60 °. Esta é a conformação escalonada do etano.

A forma escalonada de etano tem a menor energia. Isso ocorre porque as ligações CH estão mais distantes umas das outras, minimizando a repulsão estérica entre os elétrons nas ligações e, portanto, estabilizando a molécula.

Outro fator que estabiliza a conformação escalonada é a interação favorável entre o orbital molecular ocupado e ligante e um orbital molecular desocupado e antiligante.

Girar o carbono mais distante, mantendo o carbono mais próximo estacionário, gera um número infinito de conformações.

Em ângulos diedros de 0°, as ligações CH nos dois átomos de carbono são próximas e cobrem uma à outra. Esta é a conformação eclipsada do etano.

Devido a um aumento da repulsão estérica e ausência de uma interação estabilizadora, a energia do etano eclipsado aumenta em 12 kJ / mol, e cada interação H-H eclipsante é atribuída a 4 kJ / mol.

A diferença de energia entre conformações eclipsadas e escalonadas é conhecida como deformação de torção ou barreira de torção.

Girar a molécula de 0º a 360º ao longo da ligação carbono-carbono gera vários estados degenerados, escalonados e eclipsados.

Uma amostra de gás etano, à temperatura ambiente, tem aproximadamente 99% de suas moléculas na conformação escalonada de menor energia.

A energia obtida com colisões moleculares é usada para sofrer rotação interna, superando a barreira de torção. A molécula, portanto, se move para uma forma escalonada diferente após passar pelo estado eclipsado de alta energia.

O próximo hidrocarboneto - propano - também tem dois conformadores principais: eclipsado e escalonado.

O conformador eclipsado tem uma deformação de torção de 14 kJ/mol. Cada par de hidrogênios eclipsantes contribui com 4 kJ / mol, enquanto a interação CH_3-H eclipsante contribui com 6 kJ / mol.