3.6: Etan ve Propanın Konformasyonları

Organik bir molekülde, karbon-karbon tekli bağı etrafındaki serbest dönüş, molekülün enerji açısından farklı konformerleri ile sonuçlanır. İç dönüş olarak adlandırılan bu dönüş nedeniyle, etanın iki ana konformeri vardır - çapraz ve çakışık.

Çapraz konformasyon, ön karbondaki C-H bağlarının arka karbondaki C-H bağlarına göre 60° dihedral açıyla yerleştirildiği düşük enerjili ve daha kararlı bir konformasyondur ve bu da daha az burulma gerilimine yol açar. Çapraz etanda, bir C-H bağının bağlanma moleküler yörüngesi diğerinin bağlanma moleküler yörüngesi ile etkileşime girer, böylece konformasyonu daha da stabilize eder. Karbonu gözlemciye daha yakın sabit tutarken daha uzaktaki karbonun dönmesi, sonsuz sayıda konformer üretir. 0° dihedral açılarda, C-H grupları tutulmuş bir konformasyon oluşturmak üzere birbirini kaplar. Bu konformasyon, çapraz konformasyondan yaklaşık 12 kJ/mol daha fazla burulma gerilimine sahiptir ve dolayısıyla daha az stabildir. Etan molekülleri, daha yüksek enerjili tutulma durumlarından geçerken, birkaç çapraz durum arasında hızla birbirine dönüşür. Moleküler çarpışmalar bu burulma bariyerini geçmek için gereken enerjiyi sağlar.

Etan gibi propanın da iki ana konformeri vardır: kararlı çapraz konformer (düşük enerji) ve kararsız çakışık konformer (yüksek enerji).

Bir etan molekülü, karbon-karbon bağından aşağı doğru bakıldığında, 60 ° dihedral açılarda aralıklı CH gruplarını gösterir. Bu, etanın kademeli konformasyonudur.

Etanın kademeli formu en düşük enerjiye sahiptir. Bunun nedeni, CH bağlarının birbirinden en uzak olması, bağlardaki elektronlar arasındaki sterik itmeyi en aza indirmesi ve dolayısıyla molekülü stabilize etmesidir.

Kademeli konformasyonu stabilize eden bir başka faktör, dolu, bağ yapan moleküler orbital ile boş, antibonding moleküler orbital arasındaki olumlu etkileşimdir.

Daha yakın karbonu sabit tutarak daha uzaktaki karbonu döndürmek, sonsuz sayıda konformasyon üretir.

0° dihedral açılarda, iki karbon atomu üzerindeki CH bağları yakındır ve birbirini kaplar. Bu, etanın tutulmuş konformasyonudur.

Artan sterik itme ve dengeleyici bir etkileşimin olmaması nedeniyle, tutulmuş etanın enerjisi 12 kJ/mol artar ve her örten H-H etkileşimine 4 kJ/mol atanır.

Tutulmuş ve kademeli konformasyonlar arasındaki enerji farkı, burulma gerilimi veya burulma bariyeri olarak bilinir.

Molekülü karbon-karbon bağı boyunca 0º'den 360º'ye döndürmek, birkaç dejenere, kademeli ve tutulmuş durum oluşturur.

Oda sıcaklığında bir etan gazı örneği, moleküllerinin yaklaşık% 99'unu en düşük enerjili kademeli konformasyonda içerir.

Moleküler çarpışmalardan elde edilen enerji, burulma bariyerini aşarak iç rotasyona uğramak için kullanılır. Böylece molekül, yüksek enerjili tutulma durumundan geçtikten sonra farklı bir kademeli forma geçer.

Bir sonraki hidrokarbon - propan - ayrıca iki ana konformere sahiptir: tutulmuş ve kademeli.

Tutulmuş konformer, 14 kJ/mol'lük bir burulma gerilimine sahiptir. Her bir örten hidrojen çifti 4 kJ/mol katkıda bulunurken, örten CH_3-H etkileşimi 6 kJ/mol katkıda bulunur.