Desenarea proiecțiilor Newman
Până acum, am văzut diferite moduri de a desena molecule, cum ar fi lanțul drept, formatele complet scrise și condensate. Există încă un alt mod de a desena și vizualiza o moleculă, numit proiecție Newman. Această secțiune se va concentra pe înțelegerea și desenarea proiecțiilor Newman
Într-o anumită moleculă, atomii se rotesc liber în jurul legăturilor simple. Acest lucru este foarte important de reținut pentru a desena proiecțiile Newman.
O proiecție Newman este o modalitate de a obține o imagine instantanee a modului în care arată o moleculă la un anumit moment în timp, dintr-un unghi diferit de cel cu care suntem obișnuiți. Proiecțiile Newman se concentrează asupra oricăror doi carboni și asupra grupărilor care se desprind de aceștia într-o moleculă prin schimbarea punctului de vedere din care este vizualizată molecula.
Când desenați proiecțiile Newman, priviți molecula dintr-o perspectivă diferită, privind în jos doi dintre atomii de carbon, astfel încât să puteți vedea doar atomul de carbon din față și nu și pe cel din spate (deoarece acesta este blocat de carbonul din față). Dacă vă uitați la grupările care se desprind de pe carboni, acestea vor forma un Y (adesea, dar nu întotdeauna, un Y cu susul în jos sau un Y cu susul în jos).
Când se desenează proiecții Newman, carbonul din față este indicat prin punctul central al formei în formă de „Y”, iar carbonul din spate nu este indicat în mod explicit, deși se presupune că se află chiar în spatele carbonului din față.
În figura de mai sus, am rotit carbonul din spate în trepte de 60˚ pentru a sublinia rotația liberă în jurul legăturilor simple, dar nu trebuie să rotiți întotdeauna cu 60 de grade. Mai mult, putem roti atât carbonul din față, cât și cel din spate, după cum dorim.
În timp ce fiecare carbon se rotește, există o anumită suprapunere pe măsură ce atomii se mișcă. Acest lucru se datorează obstacolului steric, o forță de respingere exercitată de substituenții dintr-o moleculă. În esență, grupurile mari doresc să fie cât mai depărtate posibil, dar într-o proiecție Newman, atomii sunt forțați să fie destul de aproape unii de alții, astfel încât există o forță de respingere prezentă. Suprapunerea, și diferența de energie asociată cu această suprapunere, conduce la două subgrupe energetice de proiecții Newman: eclipsată și eșalonată.
Conformațiile eclipsate au ca rezultat mai multe obstacole sterice între doi atomi decât conformațiile eșalonate, din cauza cât de aproape pot ajunge atomii unul de celălalt. Prin urmare, conformațiile eclipsate sunt mai puțin stabile decât conformațiile eșalonate.
Stabilitatea și cantitatea de energie sunt invers proporționale. Dacă molecula are o stabilitate mare, are o energie mai mică; dacă molecula are o stabilitate mică, are o cantitate mare de energie. Dacă vă gândiți bine, acest lucru are sens. Moleculele încearcă mereu să ajungă într-o stare de energie scăzută, deci dacă o moleculă are o energie mare, va fi instabilă deoarece vrea să ajungă într-o stare de energie mai mică.
Conformațiile decalate au o energie mai mare și sunt mai puțin stabile decât conformațiile eșalonate.
-
Conformațiile eșalonate
Conformațiile eșalonate sunt o conformație destul de stabilă, deoarece atomii sunt împrăștiați pentru a minimiza impedimentul steric. Un exemplu de conformație eșalonată arată astfel:
Există alți 2 termeni utilizați pentru a descrie conformațiile eșalonate:
- Anticonformație
- Conformație Gauche
Anticonformație
Cea mai stabilă formă a proiecției Newman este anticonformația. În această formă, cel mai mare substituent care se desprinde de pe carbonul din față este exact la 180o de grade distanță de cel mai mare substituent de pe carbonul din spate; prin urmare, cei doi substituenți cei mai mari de pe fiecare carbon al proiecției Newman sunt cât mai departe unul de celălalt, ceea ce duce la cel mai mic impediment steric posibil. În exemplul folosit mai sus, anticonformația arată astfel:
Conformațiile Gauche
Conformațiile Gauche sunt molecule eșalonate care au un anumit impediment steric. În timp ce cea mai stabilă conformație anti are cei mai mari doi substituenți la 180° unul față de celălalt, conformațiile gauche au cele mai mari două molecule la 60° una față de cealaltă. Aceste conformații sunt mai stabile decât conformațiile eclipsate (a se vedea secțiunea următoare), dar mai puțin stabile decât conformațiile anti, deoarece există o anumită interacțiune de împiedicare sterică. Să ne uităm la conformațiile gauche din aceeași moleculă:
Cu cât grupurile sunt mai mari, cu atât mai mare este efectul gauche, deoarece ar fi prezentă mai multă împiedicare sterică.
2. Eclipsată
În conformația eclipsată, grupurile care se desprind de pe cei doi carboni de focar din proiecția Newman interacționează și se resping între ele, creând împiedicare sterică deoarece se suprapun direct unul cu celălalt. Substituenții mai mari – cum ar fi grupurile alchilice, halogenii și grupurile care conțin oxigen, de exemplu – creează mai mult obstacol. Cu cât substituenții sunt mai mari, cu atât mai mult impediment prezent.
De exemplu, gândiți-vă la cele 3 posibile conformații eclipsate pe care le-ar putea avea următoarea moleculă:
Dintre posibilele conformații eclipsate, una dintre forme este mai puțin stabilă decât celelalte, așa cum arată diagrama de mai jos. Aceasta este creată de suprapunerea celor mai mari doi substituenți de pe cei doi carboni de focalizare pentru proiecția Newman. În diagrama de mai jos, cei doi substituenți cei mai mari de pe fiecare carbon sunt etichetați în roz. Fluorul este, de asemenea, un atom mare, dar nu la fel de mare ca substituentul ciclic (care este etichetat ca fiind C6H8).
.