构象异构体的丙烷

丙烷的构象异构体(棒)

在本帖里,我们将探索不同构象的丙烷和看到它有一个旋转障碍略高于乙烷由于新空间互动。我们画出了纽曼式的丙烷从多个角度,纽曼显示不同我们通过旋转360°,并映射出能量图和二面角!

表的内容

1. 回顾:交错、重叠,纽曼预测,二面角。
2. 丙烷呢?
3. 丙烷转化为纽曼预测
4. 角度的作用:分析一个债券
5. 黯然失色的交互在丙烷
6. 可视化在丙烷旋转障碍
7. 总结
8. 笔记
9. 测试你自己!
10. (高级)引用和进一步阅读

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1。回顾:交错、重叠,纽曼预测,二面角

在前面的文章(见:乙烷的交叉与重叠构象我们看到乙烷有两个重要的构象异构体,取决于两个甲基的方向沿着碳碳键。

• 在黯然失色构象,氢在碳块(或“eclipse”)氢在碳直接沿着碳碳键,当一个人看起来像两个梅赛德斯-奔驰(mercedes - benz)符号相互叠加的。
• 在交错构象,氢在碳平分氢在碳,所以,如果一个看起来沿着碳碳键,氢都是间隔60度。
• 我们看到,纽曼式是一个有用的视觉援助可视化重叠和交错构象,以及债券旋转。
• 我们还定义了反角任意选择之间的角度个人取代基在前面的碳和一个个人取代基在碳碳碳键时。二面角的有用的类比是时针和分针的夹角钟面,二面角是0°在12:00,60°两点,120°4点,等等。
• 当两个取代基的二面角-90°≤0°≤+ 90syn。当他们的二面角+ 90°≤180°≤-90°反
• 构象异构体能不同的能源;乙烷的年代薄铁片构象比重叠构象更加稳定通过3.0千卡/摩尔作品每超过高度差1.0千卡/摩尔交互。考虑这个问题的一个方法是斥力之间的氢(或他们的电子云,更具体的)。还有其他的方法去思考。

2。丙烷的构象异构体

现在我们看了乙烷,让我们去下一个更高的烷烃:丙烷。

丙烷是简单的画线路图。就像简笔画的人忽略颗粒像手指和脚趾,细节图省略的分子氢的位置。

大部分时间没关系,但是如果我们要讨论构象,我们需要扩大我们的线路图的丙烷氢在哪里。

显然,首先要做的就是确保氢妥善四面体的方式排列在每个碳。(是的,这是可能的,这搞得一团糟,可汗学院有时一样(看到帖子:常见错误:画四面体碳])

保持页面的两个取代基在平面上,一个楔和一个破折号,和一个急性角(< 90°)之间的楔形和破折号。

这是一个绘图丙烷显示所有的氢。我任意编号颈- 1碳在左边。

在扩大每个碳上的氢我们现在遇到讨厌的构象异构现象的细节!

在上面的图中,我扩大了丙烷选择画一个黯然失色沿着c1和构象C2-C3债券。这是一种方式,它是没有错(即使是更高的能量)。

然而,还有其他的方法画出丙烷。我一样可以吸引c1碳交错和C2-C3黯然失色(下图)或c1和C2-C3两人交错。

(当然还有其他构象,可以画出无限,但是因为他们没有能量最小值或最大值通常并不有趣。一小时有3600秒,但上次有人问在7:46:23见到你而不是“8点”吗?)

它并不重要太什么我们描绘丙烷的构象。由于自由旋转的c1和C2-C3债券,所有的构象可互换的。

通过GIPHY

在丙烷,最低构象是所有碳在哪里交错相对于彼此(右上角)。

说:有一个更简单,更直观的方法来分析这些构象?是的!

3所示。丙烷转化为纽曼预测

最好的方法来分析取向以及通过使用一个碳碳键纽曼式。

在画一个纽曼是第一步选择一个角度。

在丙烷第一个图,让我们选择看沿着c1债券,是这样的:

我们如何得到这个纽曼式?通过沿着c1债券,是这样的:

通过GIPHY

4所示。角度的作用:分析一个债券

最终,纽曼式只是一个透视图一个三维的对象;一个分子。

而艺术家和摄影师必须把很多心思选择正确的观点吸引人们或建筑物,我们的任务是更容易因为纽曼式,我们必须看起来直接债券。

下面,我画的丙烷,这样有一个黯然失色沿着c1债券和构象交错沿着C2-C3键构象。

画一个纽曼时,我们需要指定哪一个我们期待债券,及方向。

这是因为在丙烷等即使是一个简单的分子,有4种不同的方法我们可以沿着碳碳键,因此4种不同的纽曼预测只是为了这一个构象!

这些观点是“错误的”,就像没有“错误”的角度画一个房子。但每个角度揭示了不同方面的分子的构象。

要注意的是,最重要的事情我们分析一个碳碳键和忽略构象以及其他债券。

所以在纽曼式沿着c1,我们画C3”CH₃”不管无论是重叠或交错对C2。

当我们沿着C2-C3抽签的纽曼,,我们画C1”CH₃”,无论它是什么。一个债券。

(把一个大问题分解成许多小问题,解决他们在隔离,然后建立备份的大图(“还原论”)是一个强大的解决问题的技术在有机化学。通过分析构象在丙烷等一个小分子,我们可以运用我们所学到的更大的分子。(注1]]

5。黯然失色的交互在丙烷

以前的文章中,我们分析了乙烷的构象,看到乙烷的重叠构象高3.0千卡/摩尔比交错式的能源。

分解到一个高度差超过交互作为价值约1.0千卡每摩尔。

丙烷也被测量的旋转障碍。(裁判它是3.4千卡每摩尔。

为什么丙烷更高的旋转障碍吗?这就是看纽曼真的有帮助。

在丙烷CH₃乙烷- h排斥相互作用,不存在。

这里发生了什么是,CH₃集团是在相对靠近碳氢键,每组和周围的电子云相互排斥。这被称为范德华斥力。

自从CH₃大于H,我们希望这排斥相互作用大得多。

但大多少?

如果我们假设每个两个高度差超过交互丙烷值得1.0千卡/摩尔,这给了CH的价值₃- h超过交互为“成本”1.4千卡/摩尔在应变能。

(这是简化论的价值,顺便说一下:我们可以使用1.0千卡/摩尔的价值高度差超过交互从乙烷和把它应用到更大的分子高度差超过交互)。

事实证明,这个值超过1.4千卡/摩尔的CH₃- h是相当一致的,如在其他分子(应用程序,请参阅测试你自己!下文)。

6。可视化在丙烷旋转障碍

接下来,让我们来仔细看看能量的旋转障碍在丙烷。我们会通过沿着C2-C3债券的丙烷重叠构象C1甲基垂直向上和选择我们的二面角作为甲基和H之间的角度直接黯然失色。我们开始的二面角0°。在下面的视频中我们每个人都标记为红色。

现在,我们将旋转后碳(C3) 60°的增量,我们去注意的能量:

通过GIPHY

注意,构象重复每120°!

如果我们真的希望,我们甚至可以图这些能量,看起来像这样。

注意,这个图是一模一样的形状我们看到乙烷,除了旋转障碍较高。

(它不会总是那么简单,我们会看到与丁烷在下一篇文章)。

7所示。摘要:丙烷的构象异构体

C2-C3债券的分析是一模一样的c1债券。

因此,我们现在有足够的信息来计算相对稳定的三个构象的丙烷的顶部。

(交错,交错)在能量低于(重叠,重叠)约为6.8千卡每摩尔。

总结:

• 旋转障碍是3.4千卡/摩尔丙烷与3.0千卡/摩尔在乙烷。这是由于1.4千卡/摩尔CH₃- h超过交互。自从CH₃大比H,我们应该期待看到更大的范德华斥力时,团体密切合作,比如当他们syn。
• 有多个角度可以选择当纽曼式。
• 画一个纽曼式时,我们关注的构象一次一个碳碳键,而忽略其他所有构象。
• 丙烷是一种的转动能量图正弦波有三个最大值,就像乙烷。

很简单,希望。但这只是一个热身的主要行动。

在下一篇文章中,我们将看看的构象丁烷,有两个新的类型的立体交互我们之前没见过!

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笔记

注1。构象在本质上是非常重要的——蛋白质的三维形状,给一个例子,是旋转的影响成百上千的债券,并指出这些构象的能量帮助我们设计更好的治疗。重要的进步如何计算这些能量的基础2013年诺贝尔化学奖。

多亏了杰里米特兰援助的旋转能量图。

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测试你自己!

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(高级)引用和进一步阅读

1. 障碍对单键内旋转
   约翰·p·劳
   物理有机化学的进展(eds a . Streitwieser heathcock和美国塔夫脱)。1969年,卷。6。
   DOI:10.1002/9780470171851. ch1
   这本书一章编制研究,还可以从许多别的来源壁垒等小分子内部转动丙烷。
2. 低分子晶体的频率模式。第九。甲基扭转和内部旋转的壁垒三个分子
   j . r . Durig,s·m·克雷文,j . Bragin
   《物理化学》杂志上53:1,38-501970年
   DOI:10.1063/1.1673792
   技术,但有一个计算旋转障碍2-methylpropane 3.94千卡每摩尔。