主な相違点 – 立体歪みとねじれ歪み
ひずみとは、分子の結合電子間の反発力のことである。
結合電子対はひずみが最小になるように配置されるため、分子の配列はひずみに依存する。
分子には大きく分けて3種類のひずみが存在する。
角ひずみ、ねじれひずみ、立体ひずみです。
角ひずみは、実際の分子の結合角度が理想的な分子の結合角度と異なる場合に発生する。
ねじれひずみは、分子が結合を中心に回転したときに発生する。
立体歪みは、2つ以上の嵩高い基が互いに接近したときに形成される。
立体歪みとねじれ歪みの主な違いは、立体歪みは結合を中心に分子を回転させても軽減できないのに対し、ねじれ歪みは結合を中心に分子を回転させても軽減できることである。
ステリックストレインとは
立体歪みとは、2つの原子または原子団の間の距離を小さくしたときに生じる反発のことです。
立体障害とも呼ばれる。
すべての分子は、この立体歪みが最小になるように配置されているため、立体歪みは分子の配置を決定する上で非常に重要な要素です。
立体歪みが最小になると、その分子の位置エネルギーは減少する。
物質はエネルギーレベルが低いと安定なので、分子のエネルギーレベルが低いと安定した分子になります。
立体歪みの概念は、化学反応の生成物を予測する上で非常に重要です。
なぜなら、原子団は立体障害が最小になるように炭素原子に結合しているからです。
したがって、化学反応は、安定な生成物と不安定な生成物が含まれる分子の混合物を与えることになる。
しかし、この混合物の主成分は、常に立体障害が最小の安定な生成物です。
図1: 有機化合物における立体障害
上の図に示すように、分子が持つ立体的な歪みに応じて、分子のポテンシャルエネルギーが増加する。
2つのメチル基の間の距離が縮まると、ポテンシャルエネルギーは大きくなる。
上の図は、嵩高い基があると立体歪みが大きくなることを示しています。
立体障害分子は、立体障害の少ない分子と比較して、ポテンシャルエネルギーが高くなる。
従って、立体障害の少ない分子はより安定です。
ねじり歪みとは
ねじりひずみとは、分子をシグマ結合のまわりで回転させたとき、原子間または原子群間に生じる反発のことです。
これは、結合電子が互いにすれ違うときに見られる斥力です。
このような歪みは、有機化合物の安定なコンフォメーションを決定する上で重要です。
これらのコンフォメーションは、ニューマン予想で表すことができる。
ある分子のニューマン予想とは、C-C結合を前後方向から見たときの分子のコンフォメーションです。
ねじれ歪みは、嵩高い基の二面角が小さい場合に発生する。
二面角とは、ニューマン図において、異なる2つの炭素原子の2つの結合がなす角のことである。
二面角が大きければ、ねじれひずみは小さくなる。
ニューマン突起には、スタッガードコンフォメーションとエクリプスドコンフォメーションの2種類が存在する。
食刻型は、千鳥型よりもねじれ歪みが大きい。
上の図に示すように、千鳥配置は二面角60°、食刻配置は二面角0°です。
しかし、分子を回転させると、コンフォメーションは変化する。
千鳥配置のねじりひずみは、日食配置のそれよりも小さい。
分子を回転させると、食分型コンフォメーションは千鳥型コンフォメーションになり、ねじれ歪みが減少する。
立体歪みとねじれ歪みの違い
定義
立体的なひずみ。
立体歪みとは、2つの原子または原子団の間の距離が小さくなったときに生じる反発のこと。
ねじりひずみ。
分子をシグマ結合のまわりで回転させたとき、原子または原子群の間に生じる斥力をねじりひずみという。
分子の回転
立体的なひずみ。
シグマ結合を中心に分子を回転させても、立体歪は軽減されない。
ねじりひずみ。
シグマ結合を中心に分子を回転させることにより、ねじれひずみを小さくすることができる。
歪みの原因
立体的なひずみ。
立体歪みは、分子の嵩高い基の間の距離が縮まることで発生する。
ねじりひずみ。
分子が回転しているときに、結合電子同士がすれ違うことでねじれが生じる。
結論
分子のひずみとは、分子内に存在する結合電子や孤立電子対の間の反発のことである。
この反発によって、分子のポテンシャルエネルギーが増大する。
そして、分子を不安定にする。
分子の立体歪みは、分子内に存在する嵩高い基と、それらの嵩高い基の間の距離によって決定される。
ニューマン予想図とは、有機分子内の原子または原子群の配置を示す簡単な構造です。
分子のねじれ歪みの測定に用いることができる。
立体歪みとねじれ歪みの主な違いは、立体歪みは結合を中心に分子を回転させても軽減できないのに対し、ねじれ歪みは結合を中心に分子を回転させても軽減できることである。
