Energieunterschied zwischen Konformationen
Die verschiedenen Konformationen von Ethan haben nicht die gleiche Energie, dies ist auf die elektronische Abstoßung zwischen Wasserstoffatomen zurückzuführen. Wenn wir das Molekül von einer gestaffelten Konformation aus drehen, beginnt der Abstand zwischen den Wasserstoffatomen der jeweiligen Methylgruppen abzunehmen, was zu einer Zunahme der Abstoßung zwischen den bindenden Elektronenpaaren der C-H-Bindungen führt. Die potenzielle Energie des Systems steigt bis zur eclipsed Konformation an.
Potenzialenergiediagramm von Ethan
Die Energieunterschiede zwischen den verschiedenen Konformationen können grafisch dargestellt werden, indem die Energie jeder Konformation gegen den gedrehten Winkel aufgetragen wird. Wie im Diagramm von Ethan zu sehen ist, sind die eclipsed Konformationen die Maxima der Energie und die gestaffelten die Minima.
Um das Potenzialenergiediagramm von Ethan zu erhalten, beginnen wir mit der eclipsed Konformation und führen 60°-Drehungen durch, bis wir 360° erreicht haben.
Wir klassifizieren die verschiedenen Konformationen nach Energie. Die gestaffelten [1], [3] und [5] haben die gleiche Energie, die wir als E1 bezeichnen werden (im Diagramm nehmen wir sie als Null). Die Konformationen [2], [4] und [6] haben mehr Energie aufgrund der Wasserstoff-Wasserstoff-Überdeckungen. Diese eclipsed Konformationen liegen etwa 12 KJ/mol über den gestaffelten.
Potenzialenergiediagramm von Butan
Im Diagramm von Butan gibt es mehr Konformationen als nur gestaffelt und eclipsed. Die gestaffelte Konformation, bei der die Methylgruppen so weit wie möglich voneinander entfernt sind, wird als anti [4] bezeichnet und ist die stabilste, da sie die geringsten Abstoßungen aufweist. Die Drehung des hinteren Kohlenstoffs um 60° führt zu einer eclipsed [5] mit zwei Methyl-Wasserstoff-Interaktionen, eine weitere Drehung führt zu einer anderen gestaffelten Konformation, die als gauche [6] bezeichnet wird. Eine dritte Drehung bringt die Methylgruppen in Opposition (eclipsed) und wird als syn Konformation [1] bezeichnet und hat die höchste potenzielle Energie.
