MolDraw › Kimya araçları › Sandalye Konformasyonu ve Newman İzdüşümü Çizici
Sandalye Konformasyonu ve Newman İzdüşümü Çizici
Kısaca: İki sandalye konformerini doğru aksiyal ve ekvatoryal bağlarla çizmek için sikloheksanın C1–C6 karbonlarına gruplar seçin; A değerlerinden daha kararlı sandalyeyi ve 298 K’deki popülasyonunu alın. İkinci bir sekme herhangi bir C–C bağını Newman izdüşümünde döndürür ve enerjisini grafiğe döker.
Cis/trans-disübstitüe sikloheksanlarla ilgili ödevleri kontrol etmek, bir halka dönüşümünü izlemek veya bütanın neden anti konformasyonu tercih ettiğini öğrenmek için kullanın. Her grubu yukarı (kama) veya aşağı (kesikli) olarak seçin; araç her sandalyede hangi bağların aksiyal olduğunu bulur.
Her karbondaki gruplar
Yukarı = kama (halkanın üstünde), aşağı = kesikli (altında). Aynı yüzdeki iki grup cis, zıt yüzlerdekiler trans’tır.
Dihedral açı (arka karbonu döndürün)
Gerginlik değerleri (kJ/mol)
H dışındaki her grup CH₃ değerlerini kullanır. Bunlar alkil grupları için iyidir, diğerleri için kaba bir rehberdir.
Sandalye ve Newman çizici nasıl kullanılır?
- trans-1,2-Dimetil gibi bir örnek seçin veya C1–C6 karbonlarının her biri için bir Yukarı (kama) ve Aşağı (kesikli) grup belirleyin.
- İki sandalyeyi okuyun. Aksiyal bağlar turuncudur ve dümdüz yukarı veya aşağı yönelir. Ekvatoryal bağlar mavidir ve halkadan dışa doğru yönelir.
- Sonuç kutusu her sandalyenin gerginliğini (A değerleri, 1,3-diaksiyal çakışmalar ve gauche etkileşimleri) toplar; ΔG, K ve 298 K’de her sandalyenin yüzdesini verir.
- Her aksiyal grubun ekvatoryal olduğunu izlemek için Halka dönüşümünü canlandır'a basın. Notlar için SVG indir veya PNG indir'i kullanın.
- Newman izdüşümü sekmesini açın, bir molekül seçin ve çapraz ile örtüşen formlar arasında geçiş yapmak için kaydırıcıyı hareket ettirin veya +60°'ye basın. Enerji grafiği dihedral açıyı izler.
Sandalyedeki aksiyal ve ekvatoryal bağlar
Sikloheksan düz değildir. Tüm C–C–C açıları 109,5°'ye yakın ve her C–H bağı çapraz konumda olan bir sandalye biçiminde katlanır; bu yüzden neredeyse hiç halka gerginliği yoktur. Her karbonun halka eksenine paralel (dümdüz yukarı veya aşağı) bir aksiyal bağı ve halkanın ekvatoru çevresinde dışa yönelen bir ekvatoryal bağı vardır.
- Aksiyal bağlar halka çevresinde yukarı, aşağı, yukarı, aşağı diye sırayla değişir.
- Her ekvatoryal bağ, bir karbon ötedeki halka bağlarına paraleldir.
- Herhangi bir karbonda aksiyal ve ekvatoryal bağlar zıt yüzlere yönelir: aksiyal yukarıysa ekvatoryal hafifçe aşağıdadır.
Halka dönüşümü
Oda sıcaklığında halka saniyede yaklaşık 105 kez döner (engel yaklaşık 45 kJ/mol). Dönüşümde her aksiyal bağ ekvatoryal, her ekvatoryal bağ aksiyal olur, ancak yukarıdaki yukarıda, aşağıdaki aşağıda kalır. Bu nedenle halka dönüşümünde cis ve trans asla değişmez.
A değerleri ve 1,3-diaksiyal gerginlik
Aksiyal bir grup, aynı yüzde üç karbon ötedeki iki aksiyal hidrojene çarpar (1,3-diaksiyal etkileşimler). A değeri, grubun ekvatoryal yerine aksiyal olmasının serbest enerji maliyetidir.
| Grup | A değeri (kJ/mol) | 298 K’de % ekvatoryal |
|---|---|---|
| F | 1.0 | 60% |
| Cl | 2.2 | 71% |
| Br | 2.0 | 69% |
| OH | 3.6 | 81% |
| NH₂ | 5.9 | 92% |
| CH₃ | 7.3 | 95% |
| CH₂CH₃ | 7.5 | 95% |
| CH(CH₃)₂ | 9.2 | 98% |
| C₆H₅ | 11.7 | 99% |
| C(CH₃)₃ | 20.5 | >99.9% |
Ardından ΔG = −RT ln K; burada K = [sandalye 2]/[sandalye 1]. 298 K’de RT = 2,48 kJ/mol’dür, dolayısıyla her 5,7 kJ/mol K’yi on kat değiştirir.
Araç gerginliği nasıl toplar?
- Her aksiyal grup kendi A değerini ekler.
- Aynı yüzde birbirine göre 1,3 konumunda aksiyal olan iki grup (H değil) yaklaşık 8 kJ/mol daha ekler (CH₃/CH₃ çakışması toplamda yaklaşık 15,4 kJ/mol’dür).
- Komşu karbonlarda gauche konumundaki (ekvatoryal–ekvatoryal veya aksiyal–ekvatoryal) iki karbon grubu, gauche bütan gibi 3,8 kJ/mol ekler. Diaksiyal komşular antidir, bu yüzden hiçbir şey eklemez.
Bunlar toplanabilir ders kitabı tahminleridir. Polar gruplar, basit toplamın dışarıda bıraktığı hidrojen bağı veya dipol etkilerini de hissedebilir.
Newman izdüşümleri, çapraz ve örtüşen
Newman izdüşümü bir C–C bağı boyunca dümdüz bakar. Ön karbon üç bağının buluştuğu bir noktadır; arka karbon, bağları kenarından başlayan bir dairedir. Ön bağ ile arka bağ arasındaki açı dihedral (torsiyon) açısıdır.
- Çapraz (60°, 180°, 300°): arka bağlar ön bağların arasında durur. En düşük enerji.
- Örtüşen (0°, 120°, 240°): arka bağlar ön bağların arkasına gizlenir. Torsiyon gerginliği artı sterik gerginlik nedeniyle en yüksek enerji.
- Anti: en büyük iki grup arasında 180°. Gauche: aralarında 60°.
| Etkileşim | Enerji (kJ/mol) |
|---|---|
| H/H örtüşen | 4.0 |
| H/CH₃ örtüşen | 6.0 |
| CH₃/CH₃ örtüşen | 11 |
| CH₃/CH₃ gauche | 3.8 |
Bütan (C2–C3): anti 0, gauche 3,8, örtüşen (iki kez CH₃/H + H/H) 6 + 6 + 4 = 16, tam örtüşen (CH₃/CH₃ + 2 H/H) 11 + 4 + 4 = 19 kJ/mol. Etan: 3 × 4,0 = 12 kJ/mol engel.
Çözümlü örnekler
Metilsiklohekzan
CH₃ aksiyal olan sandalye: 7,3 kJ/mol. CH₃ ekvatoryal olan sandalye: 0. K = e7.3/2.479 = 19,0.
%95 ekvatoryal, %5 aksiyal
trans-1,2-Dimetilsiklohekzan
Diekvatoryal sandalye: bir gauche CH₃/CH₃, 3,8. Diaksiyal sandalye: 2 × 7,3 = 14,6. ΔG = 10,8 kJ/mol.
Diekvatoryal, %98,7
cis-1,3-Dimetilsiklohekzan
Diekvatoryal: 0. Diaksiyal: 2 × 7,3 + CH₃/CH₃ 1,3-diaksiyal çakışması için yaklaşık 8 = 22,6 kJ/mol.
Diekvatoryal, %99,9’dan fazla
cis-1,4-Di-tert-bütilsiklohekzan
Her sandalyede bir tert-bütil aksiyaldir (20,5 kJ/mol). Her iki grubun psödo-ekvatoryal olduğu bir bükük kayık benzer bir maliyete sahiptir.
Halka sandalyeden bükük kayığa geçer
Bütan, gauche ve anti
Gauche, antiden 3,8 kJ/mol yukarıdadır. İki gauche formla K = 2e−3.8/2.479 = 0,43.
298 K’de yaklaşık %70 anti, %30 gauche
Sık yapılan hatalar
- Halka dönüşümünün cis’i trans’a çevirdiğini düşünmek. Asla çevirmez: yukarıdaki yukarıda kalır.
- "Cis, ikisi de aksiyal demektir" demek. 1,2- ve 1,4-disübstitüe halkalarda cis aksiyal–ekvatoryaldir; 1,3-halkalarda cis diekvatoryal veya diaksiyaldir.
- Aksiyal bağları eğik çizmek. Aksiyal bağlar dikeydir; ekvatoryal bağlar bir karbon ötedeki halka bağlarına paraleldir.
- İki sandalyenin A değerlerini toplamak. Her sandalye yalnızca kendisinde aksiyal olan grupların bedelini öder.
- Komşu karbonlardaki gruplar arasındaki gauche bütan etkileşimlerini unutmak (trans-1,2 diekvatoryalde bile bir tane vardır).
- ΔG = −RT ln K’de kelvin yerine °C kullanmak.
Notlarınız için çizin. Halka şablonlarından sandalye çizmek, kama ve etiket eklemek ve PNG ya da SVG dışa aktarmak için ücretsiz MolDraw editörünü açın.
Tam MolDraw editörünü açSık sorulan sorular
Aksiyal ile ekvatoryal arasındaki fark nedir?
Aksiyal bağlar sandalyenin eksenine paraleldir ve dümdüz yukarı veya aşağı yönelir. Ekvatoryal bağlar ise yaklaşık olarak halka düzleminde dışa doğru yönelir. Her halka karbonunda her birinden bir tane bulunur ve zıt yüzlere yönelirler.
Ekvatoryal konum neden daha kararlıdır?
Aksiyal bir grup, aynı yüzde üç karbon ötedeki iki aksiyal hidrojene yakındır (1,3-diaksiyal etkileşimler). Ekvatoryal bir grup halkadan uzağa yönelir ve bunlardan kaçınır. Metil grubu için fark 7,3 kJ/mol’dür.
A değeri nedir?
A değeri, monosübstitüe bir sikloheksanda grubun aksiyal ve ekvatoryal olduğu hâller arasındaki serbest enerji farkıdır. Daha büyük A değerleri ekvatoryal konumun daha güçlü tercih edildiği anlamına gelir: F 1,0, OH 3,6, CH3 7,3, tert-bütil yaklaşık 20,5 kJ/mol.
Her sandalyenin yüzdesini nasıl hesaplarım?
İki sandalye arasındaki ΔG’yi bulun, ardından R = 8,314 J/(mol·K) ve T kelvin cinsinden olmak üzere K = e^(−ΔG/RT) kullanın. K 1’den büyükse daha kararlı sandalyenin kesri K/(1 + K)'dir. Metilsiklohekzan için K = 19, yani %95 ekvatoryal.
Halka dönüşümü cis’i trans’a çevirir mi?
Hayır. Halka dönüşümü her karbonda aksiyal ile ekvatoryali değiştirir, ancak yukarı yönelen bir grup yukarıda kalır. Cis ve trans yalnızca her grubun hangi yüzde olduğuna bağlıdır.
Bütanın anti konformasyonu neden en kararlısıdır?
Anti formda iki metil grubu arasında 180° vardır ve her bağ çapraz konumdadır. Gauche bütan, metiller arasında 60° olduğu için 3,8 kJ/mol daha yüksektir; örtüşen formlar ise 16 ve 19 kJ/mol daha yüksektir.
Sandalye ve Newman çizici ücretsiz mi?
Evet. Kayıt gerektirmeden web tarayıcınızda çalışır ve her çizimi SVG veya PNG olarak indirebilirsiniz.
İlgili kimya araçları
Son güncelleme: