Кіріспе

Молекула ең төменгі энергиялық конформациясынан сыртқы күш әсерінен деформацияланғанда, химияда молекуланың химиялық құрылымы белгілі бір кернеуге ұшырайды, бұл оның ішкі энергиясын кернеусіз эталондық затқа қарағанда арттырады. Молекуланың ішкі энергиясы оның ішінде сақталған барлық энергиядан тұрады. Кернеулі молекуланың ішкі энергиясы кернеусіз молекулада болмайтын қосымша энергияға ие. Бұл қосымша ішкі энергияны, немесе кернеу энергиясын, қысылған серіппемен салыстыруға болады. Серіппенің потенциалдық энергиясын босатуды болдырмау үшін оны ұстап тұру қажет болғандай, молекула да өз байланыстары арқылы энергия жағынан қолайсыз конформацияда ұсталуы мүмкін. Егер конформацияны ұстап тұратын байланыстар болмаса, кернеу энергиясы босатылады.

Молекулалық штаммды анықтау

Құралудың стандартты жылуы (ΔfH°) – қосылыстың бөлінген элементтерінен түзілу кезіндегі энтальпияның өзгеруі ретінде сипатталады. Егер қосылыстың түзілу жылуы болжамнан немесе эталондық қосылыстан өзгеше болса, бұл айырмашылық көбінесе кернеуге байланысты болады. Мысалы, циклогексан үшін ΔfH° 29,9 ккал/моль-ға, ал метилциклопентан үшін ΔfH° 25,5 ккал/моль-ға тең. Ван дер Ваальс кернеуі – өзара әрекеттесетін атомдардың арасында кем дегенде төрт байланыс болатын кернеу түрі. Ұқсас молекулалардағы стериялық кернеудің мөлшері өзара әрекеттесетін топтардың көлеміне байланысты; ірі трет-бутил топтары метил топтарына қарағанда әлдеқайда көп орын алады және көбінесе күшті стериялық өзара әрекеттесуге ұшырайды. Триалкиламин мен триметилборонның реакциясындағы стериялық кернеудің әсерін Нобель сыйлығының лауреаты Герберт К. Браун және әріптестері зерттеген. Олар аминдегі алкил топтарының көлемі ұлғайған сайын, тепе-теңдік тұрақтысының да кемитінін анықтады. Тепе-теңдіктің бұзылуы аминнің алкил топтары мен бордағы метил топтары арасындағы стериялық тартылысқа байланысты болды.

Син-пентан тұқымы

Кейбір жағдайларда, сырттай бірдей көрінетін конформациялардың кернеу энергиясы бірдей болмайды. Син-пентан штаммы – осы жағдайдың мысалы. Орталық пентандағы екі байланысты гауш конформациясына келтірудің екі әртүрлі жолы бар, олардың біреуі екіншісінен 3 ккал/моль-ға жоғары энергияға ие.

Трансаналдық штамм

Орташа өлшемді сақиналар (7–13 көміртегі) циклогексанға қарағанда көбірек кернеу энергиясына ие, бұл негізінен идеалды жақын жатқан бұрыштардан немесе Питцер кернеуінен туындайды. Молекулалық механика есептеулері трансанаулярлық кернеудің, сондай-ақ Прелог кернеуі деп аталатынының маңызды рөл атпайтынын көрсетеді. Дегенмен, циклооктандардағы 1,5-орынбасу реакцияларындағы 1,5-ауысым сияқты трансаннулярлық реакциялар жақсы белгілі.

Велосипедтік жүйелер

Бициклді жүйелердегі кернеу энергиясының мөлшері көбінесе әрбір жекелеген сақинадағы кернеу энергиясының қосындысына тең болады.