Проте молекулярні моделі мають все ж таки певні межі використовування. Для передачі просторової будови молекул в площині (на папері) більш вживані стереохімічні формули.

У стереохімічних формулах атом вуглецю і два його зв'язки розташовують в площини паперу і ці зв'язки графічно зображають звичайним способом (рискою). Два інші зв'язки при цьому не знаходитимуться в даній площині. Одну з них, направлену до спостерігача, зображають жирною межею або жирним клином, а іншу, розташовану за площинно—пунктирною лінією або заштрихованим клином. Наприклад, стереохіміческая формула Етану представлена на мал.

Різновидом стереохімічних формул служать перспективні формули. При їх побудові зв'язок С—С представляють тією, що йде удалину (у перспективу); атом вуглецю, що стоїть зліва, наближений до спостерігача, що стоїть справа— віддалений від нього. Це зображення нагадує «лісопильні козла».

В даний час поширені проекційні формули Ньюмена, що виходять при перенесенні на площину проекції молекули уподовж З — Із зв'язку . Найближчий до спостерігача атом вуглецю зображається у вигляді крапки в центрі круга; круг при цьому символізує видалений атом вуглецю. Три зв'язки кожного атома зображають у вигляді ліній, що розходяться з центру круга – для ближнього атома вуглецю або що «висовуються» через круга—для видалений атом вуглецю.

Перспективні формули і проекційні формули Ньюмена особливо зручні для зображення змінного просторового розташування заступників унаслідок обертання навколо С—С зв'язку. Жоден з приведених способів не є універсальним. У кожному конкретному випадку вибирається найефективніший з них.

КОНФОРМАЦІЇ З'ЄДНАНЬ З ВІДКРИТИМ ЛАНЦЮГОМ

Починаючи з Етану в гомологичеськом ряду граничних вуглеводнів з'являється можливість обертання навколо одинарної углерод-углеродной у-связі без порушення хімічної будови молекули, тобто без зміни послідовності зв'язків і їх природи. В результаті такого обертання міняється просторове розташування один щодо одного не зв'язаних між собою лігандов, тобто заступників у атомів вуглецю, що обертаються. Кут повороту називається торсіонним кутом. Залежно від величини торсіонного" кута молекула може приймати різні геометричні форми, тобто конформації.

Конформації — це просторове розташування атомів в молекулі певної конфігурації, обумовлене поворотом навколо однієї або декількох одинарних у-связей.

Таким чином виникають різні конформаційні ізомери (конформери). Їх взаємні переходи здійснюються без розриву зв'язків. За мінімальний відлік торсіонного кута умовно прийнято рахувати 60°. Тоді при повному обороті на 360° виходитимуть шість конформації.

Конформації, в яких заступники знаходяться один щодо одного в найближчому положенні, володіють найвищою енергією і називаються затуленими.

Конформації, в яких заступники розташовані найбільш далеко один від одного в просторі, володіють якнайменшою енергією і називаються загальмованими.

Наприклад, потенційна енергія затуленої конформації Етану на 12 кДж/моль вище, ніж енергія його загальмованої конформації (мал. 14). Ця величина енергії складає енергетичний бар'єр обертання, походження якого пов'язане з електронним відштовхуванням між зв'язками в той момент, коли вони знаходяться один проти одного.

Напруга, викликана взаємодією протистоячих зв'язків, називається торсіонною напругою, або напругою Пітцера.

Слід зазначити, що атоми водню мають невеликий ван-дер-ваальсов радіус (0,12 нм) і навіть в затуленому положенні між ними не виникає ван-дер-ваальсових сил відштовхування.

При повному обороті на 360° кожен зв'язок З — Н в Етані тричі зустрічається на своєму шляху з протистоячим зв'язком З — Ні, отже, при цьому тричі долається енергетичний бар'єр. В той же час кожен зв'язок С—Н тричі потрапляє в анти -положеніє (з величиною кута 180°) щодо одного із зв'язків З — Н сусіднього вуглецевого атома. Ці положення відповідають мінімуму енергії на енергетичній кривій (загальмовані конформації). Три загальмовані конформації Етану вироджені, тобто енергетично однакові.

Енергетичний бар'єр обертання в Етані невеликий. У звичних умовах легко відбувається перехід від однієї конформації до іншої і відповідні конформери виділити в індивідуальному вигляді неможливо. Тому Етан є рівноважною сумішшю різних конформеров, які можуть бути зафіксовані тільки спектральними методами.

Етан є простим з'єднанням, у якого з'являється можливість існування конформації. У складніше побудованих з'єднань виникає взаємне відштовхування об'ємистих заступників, яке підвищує енергію системи, тобто робить систему більш напруженої.

Напруга, що виникає при розташуванні заступників на відстані, приблизна рівному сумі їх ван-дер-ваальсових радіусів, називається ван-дер-ваальсовим напругою.

Такої напруги немає в Етані («маленькі» заступники Н і Н), пропане (заступники Н і СН3), але воно вже з'являється в Н-Бутані (заместітелі—две групи СН3).

При повному обороті на 360° навколо центральної З — Із зв'язку в Н-Бутані виникає 6 конформацій, найвигіднішої серед яких є загальмована, анти -конформация Г (торсіонний кут між двома СН3-группами рівний 180°). У конформаціях В і Д в затуленому положенні знаходяться СН3 і Н, в конформацій А—две метальниє групи. Тому затулена конформація А володіє щонайвищою енергією. Конформацій Би і Е з кутом 60° між двома СН3-группами називаються скошеними, або гош -конформациямі.

Енергія скошеної конформацій (Би або Е) на 3,5 кДж/моль вище за енергію загальмованої конформацій Г. Увеліченіє енергії взаємодії двох метальних груп при розташуванні їх під кутом 60° називається скошеною, гош-бутановою взаємодією. Ця різниця в енергії невелика і обидва конформера легко переходять один в одного, утворюючи рівноважну суміш з переважанням анти -конформера. Анті- і гош -бутановиє конформацій надалі часто зустрічатимуться в багатьох з'єднаннях, що містять чотири і більш атомів вуглецю у відкритому ланцюзі або в циклі.

У довгих вуглецевих ланцюгах' обертання може відбуватися навколо декількох З — Із зв'язків. Тому вуглецевий ланцюг може приймати різноманітні конформацій. За рентгенографічними даними довгі ланцюги насичених вуглеводнів мають зигзагоподібну конформацію. Це найвигідніше положення ланцюга пов'язане з тим, що всі