Tegning af Newman-projektioner
Så langt har vi set forskellige måder at tegne molekyler på, såsom lige kæde, fuldt skrevet og kondenserede formater. Der findes endnu en måde at tegne og visualisere et molekyle på, nemlig ved hjælp af en Newman-projektion. Dette afsnit vil fokusere på at forstå og tegne Newman-projektioner
I et givet molekyle roterer atomerne frit omkring enkeltbindinger. Dette er meget vigtigt at huske, når man skal tegne Newman-projektioner.
En Newman-projektion er en måde at tage et øjebliksbillede af, hvordan et molekyle ser ud på et bestemt tidspunkt fra en anden vinkel, end vi er vant til. Newman-projektioner fokuserer på to vilkårlige kulstofatomer og de grupper, der kommer fra dem i et molekyle, ved at flytte det synspunkt, hvorfra molekylet visualiseres.
Når du tegner Newman-projektioner, skal du se på molekylet fra et andet perspektiv ved at se nedad på to af kulstofatomerne, så du kun kan se det forreste kulstofatom og ikke det bageste kulstofatom (da det er blokeret af det forreste kulstof). Hvis man ser på de grupper, der kommer fra kulstofferne, vil de danne en Y-form (ofte, men ikke altid, et højrevendt Y eller et omvendt Y).
Når man tegner Newman-projektioner, er det forreste kulstof angivet ved det centrale punkt fra “Y-lignende” form, og det bageste kulstof er ikke eksplicit vist, selv om det antages at være lige bag det forreste kulstof.
I figuren ovenfor har vi roteret det bageste kulstof i 60˚ intervaller for at understrege den frie rotation omkring enkeltbindinger, men man behøver ikke altid at rotere med 60 grader. Desuden kan vi rotere både det forreste og det bageste kulstof som vi vil.
Når hvert kulstof roterer, er der en vis overlapning, når atomerne bevæger sig. Dette skyldes sterisk hindring, en frastødende kraft, der udøves af substituenter i et molekyle. I bund og grund ønsker store grupper at være så langt fra hinanden som muligt, men i en Newman-projektion er atomerne tvunget til at være ret tæt på hinanden, så der er en frastødende kraft til stede. Overlapningen og den energiforskel, der er forbundet med denne overlapning, fører til to energetiske undergrupper af Newman-projektioner: eclipsed og staggered.
Eclipsed-konformationer resulterer i mere sterisk hindring mellem to atomer end staggered-konformationer, fordi atomerne kan komme så tæt på hinanden. Eclipsed-konformationer er derfor mindre stabile end staggered-konformationer.
Stabilitet og energimængde er omvendt proportional. Hvis molekylet har en høj stabilitet, har det en lavere energimængde; hvis molekylet har en lav stabilitet, har det en høj energimængde. Hvis man tænker over det, giver det mening. Molekyler forsøger altid at komme til en tilstand med lav energi, så hvis et molekyle har høj energi, vil det være ustabilt, da det ønsker at komme til en tilstand med lavere energi.
Eklipede konformationer er højere i energi og mindre stabile end forskudte konformationer.
-
Staggered
Staggered konformationer er en ret stabil konformation, da atomerne er spredt fra hinanden for at minimere sterisk hindring. Et eksempel på en forskudt konformation ser således ud:
Der er 2 andre udtryk, der bruges til at beskrive forskudte konformationer:
- Anti konformation
- Gauche konformation
Anti konformation
Den mest stabile form af Newman-projektionen er anti konformationen. I denne form er den største substituent, der kommer fra det forreste kulstof, præcis 180o grader væk fra den største substituent på det bageste kulstof; derfor er de to største substituenter på hvert kulstof i Newman-projektionen så langt fra hinanden som muligt, hvilket fører til den mindst mulige steriske hindring. I det ovenfor anvendte eksempel ser antikonformationen således ud:
Gauche-konformationer
Gauche-konformationer er forskudte molekyler, der har en vis sterisk hindring. Mens den mest stabile anti-konformation har de to største substituenter 180° væk fra hinanden, har gauche-konformationer de to største molekyler 60° fra hinanden. Disse konformationer er mere stabile end eclipsed-konformationer (se næste afsnit), men mindre stabile end anti-konformationer, da der er en vis sterisk hindring interaktion til stede. Lad os se på gauche-konformationerne i det samme molekyle:
Jo større grupperne er, jo større er gauche-effekten, da der vil være mere sterisk hindring til stede.
2. Eclipsed
I eclipsed-konformationen interagerer og frastøder de grupper, der kommer fra de to kulbrinter i fokus i Newman-projektionen, hinanden og skaber sterisk hindring, da de overlapper hinanden direkte. Større substituenter – som f.eks. alkylgrupper, halogener og oxygenholdige grupper – skaber mere hindring. Jo større substituenterne er, jo mere hindring er der.
Tænk f.eks. på de 3 mulige formkonformiteter, som følgende molekyle kan have:
Af de mulige formkonformiteter er én form mindre stabil end de andre, som det fremgår af nedenstående diagram. Dette er skabt af overlapningen af de to største substituenter på de to kulbrinter, der er i fokus for Newman-projektionen. I diagrammet nedenfor er de to største substituenter på hvert kulstof markeret med pink. Fluor er også et stort atom, men ikke så stort som den cykliske substituent (som er mærket som C6H8).