Конформації ациклічних з’єднань

Найпростішим з’єднанням зі зв’язком С-С є етан; розглянемо дві з безлічі його конформацій. В одній з них (рис. 7.5, а) відстань між атомами водню двох груп СН3 найменше, тому що знаходяться один проти одного зв’язку С-Н відштовхуються. Це призводить до збільшення енергії молекули, а отже, до меншої стійкості цієї конформації. При погляді уздовж зв’язку С-С видно, що три зв’язку С-Н у кожного атома вуглецю попарно «затуляють» один одного. Таку конформацію називають заслоненной.
В іншій конформації етану, що виникає при повороті однієї з груп СН3 на 60? (Див. Рис. 7.5, в), атоми водню двох метильних груп максимально віддалені один від одного. При цьому відштовхування електронів зв’язків С-Н буде мінімальним, енергія такої конформації також буде мінімальною. Цю більш стійку конформацию називають загальмованою. Різниця в енергії обох конформаций невелика і складає ~ 12 кДж / моль; вона визначає так званий енергетичний бар’єр обертання.

Проекційні формули Ньюмена. Ці формули (простіше – проекції Ньюмена) використовують для зображення конформаций на площині. Для побудови проекції молекулу розглядають з боку одного з атомів вуглецю уздовж його зв’язку з сусіднім атомом вуглецю, навколо якої відбувається обертання. При проектуванні три зв’язку від ближнього до спостерігача атома вуглецю до атомів водню (або в загальному випадку – до інших заступникам) розташовують у вигляді трипроменевою зірки з кутами 120 ?. Віддалений від спостерігача (невидимий) атом вуглецю зображують у вигляді кола, від якого також під кутом 120? відходять три зв’язку. Проекції Ньюмена також дають наочне уявлення про заслоненной (див. Рис. 7.5, б) і загальмованою (див. Рис. 7.5, г) конформаціях.

За звичайних умов конформації етану легко переходять один в одного, і можна говорити про статистичному наборі різних конформацій, незначно розрізняються по енергії. Виділити в індивіду- ального вигляді навіть більш стійку конформацию неможливо.

У більш складних молекулах заміна атомів водню при сусідніх атомах вуглецю на інші атоми або групи призводить до їх взаємного відштовхуванню, що позначається на збільшенні потенційної енергії. Так, в молекулі бутану найменш вигідною буде заслоненная конформація, а найвигіднішою – загальмована конформація з максимально віддаленими групами СН3. Різниця між енергіями цих конформаций складає ~ 25 кДж / моль.

У міру подовження вуглецевого ланцюга в алканах швидко зростає число конформаций в результаті розширення можливостей враще- ня навколо кожного зв’язку С-С, тому довгі вуглецеві ланцюги алканів можуть приймати безліч різноманітних форм, наприклад зигзагоподібну (I), нерегулярну (II) і клешневідние (III ).

Бажаною зигзагоподібна конформація, в якій всі зв’язки С-С в проекції Ньюмена утворюють кут 180 ?, як в затормо- женной конформації бутану. Наприклад, фрагменти довголанцюжкових пальмітинової C15H31COOH і стеаринової C17H35COOH кислот в зиґзаґоподібної конформації (рис. 7.6) входять до складу ліпідів клітинних мембран.

У клешневідной конформації (III) зближуються атоми вуглецю, віддалені один від одного в інших конформаціях. Якщо на досить близькій відстані виявляються функціональні групи, наприклад Х і Y, здатні реагувати один з одним, то в результаті внутрішньомолекулярної реакції це призведе до утворення циклічного продукту. Такі реакції поширені досить широко, що пов’язано з вигідністю освіти термодинамічно стійких п’яти- і шестичленних циклів.

Посилання на основну публікацію