Бұрыштардың бұрмалануынан туындайтын молекулалық ширығу
Ring strain
Молекулалық ширығу: органикалық химиядағы бұрыштардың бұрмалуынан туындайтын тұрақсыздық. Циклопропан, циклобутан сияқты кішкентай циклдарда жиі кездеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Молекулалардың табиғи емес бұрыштардағы байланыстардың тұрақсыздығы
Instability in molecules with bonds at unnatural angles
Органикалық химияда сақиналық кернеу – молекуладағы байланыстардың қалыптан тыс бұрыштарда түзілуінен туындайтын тұрақсыздық түрі. Кернеу көбінесе циклопропандар және циклобутандар сияқты кіші сақиналар үшін талқыланады, олардың ішкі бұрыштары шамамен 109° идеалды мәннен едәуір кіші болады. Олардың жоғары кернеуіне байланысты, осы кіші сақиналардың жану жылуы жоғарылайды. Сақиналық кернеу бұрыштық кернеу, конформациялық кернеу немесе Питцер кернеуі (торсиондық тұтылу өзара әрекеттесулері), сондай-ақ ван дер Ваальс кернеуі немесе Прелог кернеуі деп аталатын трансанаулярлық кернеудің жиынтығынан туындайды. Бұрыштық кернеудің ең қарапайым мысалдары – циклопропан және циклобутан сияқты кіші циклоалкандар. Сақиналық кернеу энергиясы сақинаны жабу үшін байланыс бұрыштарын бұрмалауға қажетті энергиямен байланыстырылады. Сақиналық кернеу энергиясы сақиналық реакцияларды өзгерту жылдамдығының артуына себеп болады деп саналады. Оның дәстүрлі байланыс энергияларымен өзара әрекеттесуі сақиналық кернеу реакцияларының кинетикасы мен термодинамикасына әсер ететін қосылыстардың энтальпиясын өзгертеді.
In organic chemistry, ring strain is a type of instability that exists when bonds in a molecule form angles that are abnormal. Strain is most commonly discussed for small rings such as cyclopropanes and cyclobutanes, whose internal angles are substantially smaller than the idealized value of approximately 109°. Because of their high strain, the heat of combustion for these small rings is elevated. Ring strain results from a combination of angle strain, conformational strain or Pitzer strain (torsional eclipsing interactions), and transannular strain, also known as van der Waals strain or Prelog strain. The simplest examples of angle strain are small cycloalkanes such as cyclopropane and cyclobutane. Ring strain energy can be attributed to the energy required for the distortion of bond and bond angles in order to close a ring. Ring strain energy is believed to be the cause of accelerated rates in altering ring reactions. Its interactions with traditional bond energies change the enthalpies of compounds effecting the kinetics and thermodynamics of ring strain reactions.
Тарих
Сақиналық деформация теориясын алғаш рет 1890 жылы неміс химигі Адольф фон Байер жасады. Бұрын тек бұрылу (торсиондық) және кеңістіктік (стериялық) кернеулер ғана бар деп есептелген, бірақ Байердің теориясы осы екі кернеудің өзара әрекеттесуіне негізделді. Байердің теориясы сақиналы қосылыстардың жазық болатын деген болжамға құрылған. Кейін, сол шамамен уақытта Герман Саксе қосылыс сақиналары жазық емес, және ықтимал "кресло" (төсек) пішінде болуы мүмкін деген пікірді қалыптастырды. Эрнст Мохр екі теорияны біріктіріп, алты мүшелі сақиналардың тұрақтылығын, табиғатта олардың көп кездесуін, сондай-ақ басқа сақиналық құрылымдардың энергия деңгейлерін түсіндірді.
Ring strain theory was first developed by German chemist Adolf von Bayer in 1890. Previously, the only bonds believed to exist were torsional and steric; however, Bayer's theory became based on the interactions between the two strains. Bayer's theory was based on the assumption that ringed compounds were flat. Later, around the same time, Hermann Sachse formed his postulation that compound rings were not flat and potentially existed in a "chair" formation. Ernst Mohr later combined the two theories to explain the stability of six membered rings and their frequency in nature, as well as the energy levels of other ring structures.
Алкандар
Алкандарда атомдық орбитальдардың ең жақсы жабысуы 109,5°-та қол жеткізіледі. Көбінесе кездесетін циклді қосылыстардың сақинасында бес немесе алты көміртек атомы болады. Бұрыштық деформация байланыс бұрыштарының белгілі бір химиялық конформацияда максималды байланыс күшіне жету үшін идеалды байланыс бұрыштарынан ауытқуынан туындайды. Бұрыштық деформация көбінесе циклді молекулаларға әсер етеді, олар ациклді молекулаларға тән икемділікке ие болмайды. Бұрыштық деформация молекуланы тұрақсыз етеді, бұл жоғары реакциялық қабілеттілік және жанудың жоғары жылуында көрінеді. Химиялық байланыстағы атомдық орбитальдардың тиімді жабысуы максималды байланыс күшіне әкеледі. Бұрыштық деформацияны сандық өлшеуге тартылу энергиясы қолданылады. Бұрыштық және бұрылыс деформациялары бірігіп, циклді молекулаларға әсер ететін сақиналық деформацияны құрайды.
In alkanes, optimum overlap of atomic orbitals is achieved at 109.5°. The most common cyclic compounds have five or six carbons in their ring. Angle strain occurs when bond angles deviate from the ideal bond angles to achieve maximum bond strength in a specific chemical conformation. Angle strain typically affects cyclic molecules, which lack the flexibility of acyclic molecules. Angle strain destabilizes a molecule, as manifested in higher reactivity and elevated heat of combustion. Maximum bond strength results from effective overlap of atomic orbitals in a chemical bond. A quantitative measure for angle strain is strain energy. Angle strain and torsional strain combine to create ring strain that affects cyclic molecules.