主な違い – 立体歪とねじれ歪
歪とは分子の結合電子間の反発のことです。 結合電子対はひずみが最小になるように配置されるため、分子の配置はひずみに依存します。 分子には大きく分けて3種類のひずみがある。 角ひずみ、ねじれひずみ、立体ひずみである。 角ひずみは、実際の分子の結合角度が理想的な分子の結合角度と異なる場合に発生する。 ねじれひずみは、分子が結合を中心に回転したときに発生する。 立体歪みは、2つ以上の嵩高い基が互いに接近したときに生じる。 立体歪みとねじれ歪みの主な違いは、立体歪みは結合を中心に分子を回転させても軽減できないのに対し、ねじれ歪みは結合を中心に分子を回転させても軽減できることです。 立体歪みとは何か
– 定義、例による説明
2. ねじり歪みとは何か
– 定義、例による説明
3. 立体歪みとねじり歪みの違いとは何か
– 主な違いの比較
Key Terms: 角ひずみ、結合電子対、立体ひずみ、ねじれひずみ
立体ひずみとは
立体ひずみとは2つの原子または原子団の間の距離を小さくしたときの反発のことで、この反発の大きさは1つの原子または原子団が2つの原子または原子団の間の距離を小さくしたときの反発の大きさを表します。 これは立体障害とも呼ばれます。 分子の配置を決定する上で、立体歪は非常に重要である。なぜなら、すべての分子は立体歪が最小になるように配置されているからである。 立体歪が最小になると、その分子の位置エネルギーは減少する。 物質はエネルギーレベルが低いと安定なので、分子のエネルギーレベルが低いと安定した分子になる。
立体歪みの概念は、化学反応の生成物を予測する上で非常に重要である。 なぜなら、原子団は立体障害が最小になるように炭素原子に付着しているからである。 したがって、化学反応は安定な生成物と不安定な生成物が含まれる混合分子を与えることになる。
図1：有機化合物の立体歪み
上の図に示すように、分子の持つ立体歪みに応じて、分子の位置エネルギーが増加する。 図2：かさ高い基があると立体歪が大きくなる
上の図は、かさ高い基があると立体歪が大きくなることを示しています。 立体障害の大きい分子は、小さい分子に比べてポテンシャルエネルギーが高くなります。 したがって、立体障害の少ない分子はより安定です。
ねじれひずみとは
ねじれひずみとは、分子がシグマ結合を中心に回転したときに原子または原子群の間に生じる斥力のことです。 これは結合電子が互いにすれ違うときに観察される斥力である。 このようなひずみは、有機化合物の安定なコンフォメーションを決定する上で重要である。 このようなコンフォメーションは、ニューマン予想で表すことができる。 ある分子のニューマン予想とは、C-C結合を前後方向から見たときのその分子のコンフォメーションである
ねじれ歪みは、嵩高い基の二面角が小さいときに生じる。 二面角とは、Newmanの投影図において、異なる2つの炭素原子の2つの結合がなす角のことである。
ニューマン予想にはスタッガードコンフォメーションとエクリプスドコンフォメーションの2種類があり、スタッガードコンフォメーションは嵩高な基を、エクリプスドコンフォメーションは嵩高な基を表す。
図3：2種類のニューマン突起
上図のように、千鳥配置は60oの二面角、食刻配置は0oの二面角となる。 しかし、分子を回転させるとコンフォメーションは変化する。 千鳥配置のねじりひずみは、食分離配置のそれよりも小さい。
立体歪みとねじれ歪みの違い
定義
立体歪み: 立体歪みとは、2つの原子または原子団の間の距離を縮めたときの反発のことです。
ねじれ歪み。
分子の回転
立体歪み(Torsional Strain)：分子がシグマ結合を中心に回転したとき、原子または原子群の間に生じる反発。 立体的なひずみは、シグマ結合の周りで分子を回転させても軽減されません。
ねじれひずみ。
歪みの原因
立体的な歪み。 立体的なひずみは、分子の嵩高い基の間の距離が縮まることで発生する。
ねじれひずみ。
結論
分子のひずみとは、その分子に存在する結合電子または孤立電子対の間の反発のことである。 この反発によって分子のポテンシャルエネルギーが増大する。 そして、分子を不安定にする。 分子の立体歪みは、分子内に存在する嵩高い基と、それらの嵩高い基の間の距離によって決定される。 ニューマン予想図とは、有機分子内の原子または原子群の配置を示す簡単な構造である。 分子のねじれ歪みの測定に用いることができる。 立体歪みとねじれ歪みの主な違いは、立体歪みは結合を中心に分子を回転させても軽減できないのに対し、ねじれ歪みは結合を中心に分子を回転させても軽減できることです
1. “ねじりひずみ” OChemPal, Available here. Accessed 28 Aug. 2017.
2. “Strain (Chemistry)”. ウィキペディア, ウィキメディア財団, 2017年7月25日, 利用可能なページ. Accessed 28 Aug. 2017.
3. “二面体角.”. OChemPal, Available here. Accessed 28 Aug. 2017.
Image Courtesy:
1. “Napthalene phenanthraene methyl-methyl strai” By DMacks – Own work (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. “Steric hindrance disp” By Mwolf37 – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
3. “Escalonada e eclipsada” By Pauloquimico – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
の3つ。