Prelog-Spannung

KI-Zusammenfassung

Die Prelog-Spannung beschreibt sterische Abstoßungen nicht benachbarter Atome oder Gruppen innerhalb eines Moleküls, die sich räumlich zu nahe kommen. Sie tritt besonders in mittelgroßen und größeren Ringen auf, wenn sich Atome über den Ring hinweg ("transannular") annähern. Im Gegensatz zur Pitzer-Spannung entsteht sie nicht durch Eklipsungen, sondern durch räumliche Überfüllung. Die Prelog-Spannung ist daher ein wichtiger Beitrag zur Ringspannung von Cycloalkanen ab etwa Cyclohexan/Cycloheptan aufwärts.

Transannulare Spannung

Der Begriff "transannular" kann mit "über den Ring hinweg" übersetzt werden. Mit der transannularen Spannung sind van-der-Waals-Abstoßungskräfte gemeint, die zwischen weiter entfernten H-Atomen (oder anderen Substituenten) in einem mittelgroßen Ringmolekül wirken, die aber aufgrund der Struktur des Ringes einen geringeren Abstand haben.

Erforscht wurde die transannulare Spannung von dem Chemiker und Nobelpreisträger Vladimir Prelog (1906 - 1988).

Beispiel Cyclopentan

Sehr gut kann man den Einfluss dieser Torsionsspannung am Cyclopentan-Molekül erklären.

4.2.3.3 Transannulare Wechselwirkung

Ein Cycloalkan mit 12 C-Atomen
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: Public domain

Hier sehen wir ein Cyclododecan-Molekül. Das Molekül hat sich so gefaltet, dass die Winkelspannung minimal ist und dass auch die Torsionsspannung nicht allzu hoch ist. Trotdem kommen sich drei oder vier der H-Atome im Innern des Rings so nahe, dass van-der-Waals-Abstoßungskräfte zur Wirkung kommen (durch die weißen Doppelpfeile gekennzeichnet). Genauer gesagt, handelt es sich bei diesern Abstoßungskräften um die sogenannte Pauli-Abstoßung durch Überlappung besetzter Elektronenwolken.

Visualisierung der Prelog-Spannung im Cyclooctan
Autor: Ulrich Helmich 2024, Lizenz: Public domain

Dieses Bild zeigt das Cyclooctan-Molekül. Die beiden roten Pfeile sollen die transannulare Wechselwirkung darstellen, die zwischen den nicht-benachbarten H-Atomen wirkt.

Weitere Komponenten der Ringspannung

Die Prelog-Spannung ist nur eine von drei Komponenten der Ringspannung. Auch die BAeyer-Spannung (Winkelspannung durch Abweichung der Bindungswinkel vom Tetraederwinkel) und die Pitzer-Spannung (Torsionsspannung) tragen mehr oder weniger stark zur Ringspannung bei.