Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.7: Конформації циклогексану

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    23586

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Мета навчання

    • малювати конформації циклогексану (стілець і човен)
    • співвідносити енергії конформацій з енергетичними діаграмами обертання та прогнозувати найбільш стійкі конформації для циклогексану

    Вступ

    Кільця, більші за циклопентан, мали б кут деформації, якби вони були площинними. Однак ця деформація разом з затемнює деформацією, властивою площинній структурі, може бути знята шляхом виривання кільця. Циклогексан є хорошим прикладом карбоциклічної системи, яка практично усуває затемнення та кутове напруження, приймаючи неплоскі конформації. Циклогептан і циклооктан мають більшу деформацію, ніж циклогексан, значною мірою через трансингцевую скупченість (стерична перешкода групами з протилежних сторін кільця).

    Конформації циклогексану (він же крісло сальто)

    Циклогексан швидко обертається між двома найбільш стабільними конформаціями, відомими як конформації стільця в тому, що називається «Відкид стільця», показаний нижче.

    стілець flip.png

    Кілька інших помітних конформацій циклогексану відбуваються під час переходу від одного крісла конформера до іншого - човна, твіст і напівкрісло. Відносні енергії конформацій є прямим відображенням їх відносної стабільності. Ці структурні та енергетичні відносини узагальнені в конформаційній енергетичній діаграмі для циклогексану нижче.

    Циклогексан конформації енергії діаг complete.png

    Кафедра «Конформація» - більш уважний погляд

    Оскільки конформація стільця має найнижчу потенційну енергію, вона є найбільш актуальною для конформації циклогексану. При ретельному дослідженні конформації стільця циклогексану ми виявляємо, що дванадцять воднів не є структурно еквівалентними. Шість з них розташовані по периферії вуглецевого кільця, і називаються екваторіальними. Інші шість орієнтовані вище і нижче приблизної площини кільця (по три в кожному місці) і називаються осьовими, оскільки вони вирівняні паралельно осі симетрії кільця.

    image042.png

    На малюнку вище екваторіальні водні пофарбовані в синій колір, а осьові водні виділені жирним шрифтом. Оскільки існує дві еквівалентні конформації стільця циклогексану в швидкій рівновазі, всі дванадцять воднів мають 50% екваторіальний та 50% осьовий характер. На малюнку нижче показано, як перетворити молекулярну модель циклогексану між двома різними конформаціями стільця - це те, що слід практикувати з моделями. Зверніть увагу, що «кільцеве сальто» призводить до того, що екваторіальні водні стають осьовими, і навпаки.

    image043.png

    Як намалювати стерео облігації (облігації «вгору» і «вниз») Редагувати розділ

    Існують різні способи показати ці орієнтації. Твердий (темний) «вгору клин», який я використовував, звичайно, є поширеним явищем. Деякі люди використовують аналогічний «вниз клин», який є легким, щоб вказати вниз зв'язок; на жаль, немає згоди щодо того, в який бік клин повинен вказувати, і ви залишаєте покладатися на легкість клина, щоб знати, що це «вниз». «Пуховий зв'язок» дозволяє уникнути цієї клинової неоднозначності, і просто використовує якусь світлу лінію. Пуховий зв'язок, який я використовував (наприклад, на малюнку 5B) - це пунктирна лінія; IUPAC заохочує серію паралельних ліній, щось на зразок того,Пуховий зв'язок типу IUPAC воліє. Він являє собою ряд паралельних ліній. що я зробив, - це варіація того, що рекомендується IUPAC:

    • У ISIS/Draw «вгору клин» і «вниз зв'язок», які я використовував, поряд з іншими варіантами, доступні з кнопки інструменту, яка може бути позначена будь-яким з них, залежно від останнього використання. Він розташований безпосередньо під кнопкою інструменту для звичайних C-C зв'язків.
    • У Symyx Draw «вгору клин» і «вниз зв'язок», поряд з іншими варіантами, доступні за допомогою кнопки інструмента, яка може бути позначена будь-яким з них, залежно від останнього використання. Він розташований безпосередньо під кнопкою інструменту «Ланцюжок».
    • ChemSketch забезпечує вгору і вниз клини, але не прості вгору і вниз зв'язки, розглянуті вище. Клини доступні з другої панелі інструментів вгорі. Для розширеного обговорення використання цих клинів див. розділ мого ChemSketch Керівництво по стереохімії: клинові зв'язки.

    Як завжди, інформація, надана на цих сторінках, покликана допомогти вам розпочати роботу. Кожна програма має більше варіантів для малювання облігацій, ніж обговорювалося тут. Коли відчуєте потребу, озирніться навколо!

    Як малювати стільці Редагувати розділ

    Більшість структур, показаних на цій сторінці, були намальовані безкоштовною програмою ISIS/Draw. Я опублікував посібник, який допоможе вам розпочати роботу з ISIS/Draw. ISIS/Draw надає простий циклогексан (6-кільцевий) шестигранний шаблон на панелі інструментів у верхній частині. Він надає шаблони для різних 6-кільцевих конструкцій стільців з меню «Шаблони»; виберіть «Кільця». Існують шаблони для простих стільців, без замінників (наприклад, рис. 1Б), і для стільців із зображенням всіх замінників (наприклад, рис. 2B). У будь-якому випадку ви можете додавати, видаляти або змінювати речі за своїм бажанням. Різні види стерео облігацій (клини і бари) доступні, натиснувши ліву кнопку інструменту, яка знаходиться трохи нижче звичайної C-C однієї кнопки зв'язку. На ньому може бути зображений клин, але це буде відрізнятися залежно від того, як він був використаний. Щоб вибрати тип стереозв'язку, натисніть на кнопку і утримуйте клацання мишею; праворуч від кнопки з'явиться нове меню.

    Безкоштовна програма для малювання Symyx Draw, наступник ISIS/Draw, надає подібні шаблони та інструменти. Базова структура стільця надається на панелі шаблонів за замовчуванням, який відображається. Додаткові параметри доступні, вибравши шаблон Кільця. Дивіться мою сторінку Symyx Draw для загального посібника для початку роботи з цією програмою.

    Безкоштовна програма для малювання ChemSketch надає схожі шаблони і інструменти. Щоб знайти спеціальні шаблони для стільців, перейдіть до меню «Шаблони», виберіть «Вікно шаблонів», а потім виберіть «Кільця» зі спадного меню у верхньому лівому куті. Дивіться мою сторінку ChemSketch для загального посібника для початку роботи з цією програмою.

    Якщо ви хочете намалювати конструкції стільця вручну (а якщо ви збираєтеся займатися органічною хімією, вам слід)... Будьте обережні. Важливі точні зиги і заги, а також кути замісників. Ваш підручник може запропонувати вам кілька підказок про те, як малювати стільці. Короткий пункт у Журналі хімічної освіти пропонує приємний трюк, показуючи, як стілець можна вважати, що складається з M та W. Стаття V Драгойлович, Метод малювання циклогексанового кільця та його замінників. Дж. Хім Едук 78:923, 7/01. (Я дякую М Фарук Вахаб, Хімія, Університет Карачі, за те, що запропонував відзначити цю статтю тут.)

    Окрім малювання основного стільця, ключовими моментами при додаванні замінників є:

    • Осьові групи чергуються вгору і вниз, і показані «вертикально».
    • Екваторіальні групи приблизно горизонтальні, але насправді дещо спотворені від цього, так що кут від осьової групи трохи більше, ніж прямий кут, що відображає загальний кут зв'язку 109 градусів.
    • Як застерігалося раніше, зазвичай легше малювати і побачити, що відбувається на чотирьох кутах стільця, ніж у двох середніх положеннях. Намагайтеся максимально використовувати куточки.

    Оскільки осьові зв'язки паралельні один одному, замісники, більші за водень, як правило, страждають більшою стеричною скупченістю, коли вони орієнтовані осьово, а не екваторіальний Отже, заміщені циклогексани переважно приймають конформації, в яких більші замісники припускають екваторіальну орієнтацію.

    image045.png

    Коли метильна група в структурі вище займає осьове положення, вона страждає від стеричної скупченості двома осьовими воднями, розташованими на одній стороні кільця.

    image048.png

    Конформація, в якій метильна група екваторіальна, більш стабільна, і, таким чином, рівновага лежить саме в цьому напрямку.

    Вправа

    Питання

    1. Розглянемо конформації циклогексану, крісла, човна, твіст човна. Впорядковуйте їх у зростаючому штамі в молекулі.

    2. Намалюйте дві конформації циклогексиламіну (C 6 H 11 NH 2). Вкажіть осьове і екваторіальне положення

    3. Намалюйте два ізомери 1,4-дигідроксилциклогексану, визначте, які є екваторіальними та осьовими.

    4. У наступній молекулі, етикетки які є екваторіальними і які є осьовими, потім намалюйте крісло фліп (показані етикетки 1,2,3).

    альт

    Відповідь

    1. Стілець < Twist Boat < Човен (найбільше напруження)

    2.

    альт

    3.

    альт

    4. Початкова конформація: 1 = осьова, 2 = екваторіальна, 3 = осьова

    Відкинутий стілець тепер виглядає так.

    альт