Sandalye Konformasyonları ve Newman İzdüşümleri: Ücretsiz Çizim Aracıyla Adım Adım Rehber

Sandalye konformasyonu

Siklohekzan düz değildir. Düz bir altıgenin açıları 120° olur ve C–H bağları örtüşür. Halka, her C–C–C açısının yaklaşık 109,5° olduğu ve her bağın çapraz durduğu bir sandalye biçiminde katlanır. Sandalyede neredeyse hiç açı veya burulma gerginliği yoktur; bu yüzden neredeyse tüm siklohekzan molekülleri bu konformasyonu benimser.

Aksiyal ve ekvatoryal bağlar

• Aksiyal bağlar halkanın eksenine paraleldir. Dik olarak yukarı ya da aşağı yönelirler ve halka boyunca yukarı, aşağı, yukarı şeklinde sıralanırlar.
• Ekvatoryal bağlar "ekvator" çevresinde dışarı doğru yönelir. Her biri, bir karbon ötedeki iki halka bağına paraleldir.
• Her karbonda aksiyal ve ekvatoryal bağlar zıt yüzlere yönelir. Aksiyal bağ yukarıdaysa ekvatoryal bağ hafifçe aşağı eğilir.

Halka dönüşümü

Halka, oda sıcaklığında iki sandalye arasında saniyede yaklaşık 100 000 kez döner (enerji engeli yaklaşık 45 kJ/mol). Halka dönüşümünde her aksiyal konum ekvatoryal, her ekvatoryal konum aksiyal olur. Yukarı bakan bir grup yukarıda kalır. Bu yüzden halka dönüşümünde cis ve trans asla değişmez.

A değerleri ve daha kararlı sandalye

Aksiyal bir grup, aynı yüzde üç karbon ötedeki iki aksiyal hidrojene yakın durur. Bu 1,3-diaksiyal etkileşimler aksiyal sandalyeyi daha az kararlı yapar. A değeri, monosübstitüe bir siklohekzanın aksiyal ve ekvatoryal sandalyeleri arasındaki serbest enerji farkıdır (ΔG°).

ΔG'yi bir orana çevirmek için ΔG° = −RT ln K kullanın. 298 K'de RT = 2,48 kJ/mol'dür. Metil için: K = e^7.3/2.48 = 19; yani her aksiyal molekül için 19 ekvatoryal molekül, ya da %95.

İki veya daha fazla grup

1. İki sandalyeyi de çizin. Her grubu kendi yüzünde (yukarı veya aşağı) tutun.
2. Her sandalye için her aksiyal grubun A değerini toplayın.
3. İki grup (H olmayan) aynı yüzde birbirine göre 1,3 konumunda aksiyalse yaklaşık 8 kJ/mol daha ekleyin. Komşu karbonlarda gauche duran (ikisi de ekvatoryal ya da biri aksiyal biri ekvatoryal) iki karbon grubu için 3,8 kJ/mol ekleyin.
4. Toplamı daha düşük olan sandalye daha kararlıdır. ΔG toplamların farkıdır.

Sandalye ve Newman çizici nasıl kullanılır?

1. Sandalye konformasyonu ve Newman izdüşümü çiziciyi açın. Sandalye konformasyonları sekmesi açıktır.
2. trans-1,2-Dimetil gibi bir örneğe basın veya C1'den C6'ya kadar bir Yukarı (kama) ve bir Aşağı (kesikli) grup seçin.
3. İki sandalyeyi de okuyun. Aksiyal gruplar turuncu, ekvatoryal gruplar mavi çizilir. Daha kararlı sandalye daha kararlı olarak işaretlenir.
4. Gerginlik tablosunu okuyun: her A değeri, 1,3-diaksiyal çakışma ve gauche etkileşimi, ardından ΔG, K ve 298 K'de her sandalyenin yüzdesi.
5. Aksiyal grupların ekvatoryale dönüşünü izlemek için Halka dönüşümünü canlandır'a basın. Çizimi SVG indir veya PNG indir ile kaydedin.
6. Newman izdüşümü sekmesini açın, Bütan (C2–C3)'ü seçin, ardından kaydırıcıyı hareket ettirin ya da +60°, Anti (180°) veya 360° canlandır'a basın. Grafik her açıdaki enerjiyi gösterir.

Çözümlü örnekler

1. trans-1,2-Dimetilsiklohekzan

Bir sandalyede iki metil de ekvatoryaldir. İki metil gauche konumundadır, bu yüzden gerginlik 3,8 kJ/mol'dür. Dönmüş sandalyede ikisi de aksiyaldir: 2 × 7,3 = 14,6 kJ/mol. ΔG = 14,6 − 3,8 = 10,8 kJ/mol, K = 78, dolayısıyla %98,7 diekvatoryal.

2. cis-1,3-Dimetilsiklohekzan

cis-1,3'te gruplar ya ikisi de ekvatoryal ya da ikisi de aksiyaldir. Diaksiyal: 2 × 7,3 artı CH₃/CH₃ 1,3-diaksiyal çakışması için yaklaşık 8, toplam yaklaşık 22,6 kJ/mol. Diekvatoryal: 0. %99,9'dan fazla diekvatoryal.

3. cis-1-tert-Bütil-4-metilsiklohekzan

Gruplardan biri aksiyal olmak zorundadır. tert-Bütil (20,5) metilden (7,3) çok daha fazla enerjiye mal olur, bu yüzden tert-bütil ekvatoryal kalır ve metil aksiyale geçer. ΔG = 13,2 kJ/mol, tek bir sandalyenin %99'undan fazlası. tert-Bütil halkayı "kilitler".

4. Mentol

(−)-Mentolde OH, izopropil ve metil gruplarının üçü de tek bir sandalyede ekvatoryal olabilir, bu yüzden o sandalye güçlü biçimde tercih edilir. Dönmüş sandalyede üçü de aksiyal olurdu.

5. Bütanda gauche ve anti

Gauche bütan antiden 3,8 kJ/mol yukarıdadır ve iki gauche formu vardır. K = 2 × e^−3.8/2.48 = 0,43; yani 298 K'de yaklaşık %70 anti ve %30 gauche.

Newman izdüşümleri

Newman izdüşümü tek bir C–C bağı boyunca doğrudan bakar. Ön karbon bir noktadır; üç bağı merkezde birleşir. Arka karbon bir dairedir; bağları kenardan başlar. Bir ön bağ ile bir arka bağ arasındaki açı dihedral açıdır.

Bağı kendiniz döndürmek ve her konformasyonu dihedral açısı ve gerginliğiyle görmek için editörde bir bağa sağ tıklayıp Newman Projection'ı seçin: MolDraw'da Newman izdüşümleri yazısına bakın.

Etan için üç H/H örtüşme etkileşimi 12 kJ/mol'lük bir engel verir; propan (2 H/H + 1 H/CH₃) için bu değer 14 kJ/mol'dür.

Özet tablo

Sık yapılan hatalar

• Halka dönüşümü sırasında cis'i trans'a çevirmek. Halka dönüşümü cis veya trans'ı asla değiştirmez.
• Cis'in her zaman ikisi de ekvatoryal anlamına geldiğini düşünmek. 1,2 ve 1,4 için cis, aksiyal artı ekvatoryaldir. 1,3 için cis, diekvatoryal veya diaksiyaldir.
• Aksiyal bağları eğik çizmek. Bunlar dikeydir.
• Diekvatoryal trans-1,2-dimetilsiklohekzandaki gauche etkileşimini unutmak.
• ΔG = −RT ln K'de °C kullanmak. Kelvin kullanın.
• 120°'deki örtüşen bütana "tam örtüşen" demek. Tam örtüşen, 0°'de CH₃'ün CH₃'ün arkasında olması demektir.

Sınav ipuçları

• JEE ve NEET: bütan konformerlerinin kararlılık sırasını (anti > gauche > örtüşen > tam örtüşen) ve sandalyenin bükük kayık, kayık ve yarım sandalyeden daha kararlı olduğunu bilin.
• AP Chemistry ve A-level: kararlılığı sterik gerginlikle açıklayabilmelisiniz: hacimli gruplar ekvatoryali tercih eder.
• Üniversite organik kimyası: A değerlerinden ΔG'yi hesaplayın ve K'ye ve % popülasyona çevirin. tert-Bütilin halkayı kilitlediğini ve cis-1,4-di-tert-bütilsiklohekzanın bükük kayık konformasyonunu benimsediğini unutmayın.
• Sınavda bir sandalye çizerken önce aksiyal bağları (dik yukarı ve aşağı), ardından halka bağlarına paralel ekvatoryal bağları çizin.

İlgili araçlar ve rehberler

İlgili araçlar

İlgili rehberler