3.12
Las dos conformaciones de silla de ciclohexano, en equilibrio, tienen energías y estabilidades idénticas, y cada conformador representa aproximadamente el 50% de la mezcla de equilibrio.
La sustitución de un átomo de hidrógeno por un grupo alquilo hace que las dos conformaciones sean energéticamente no equivalentes.
Por ejemplo, en el metilciclohexano, el grupo CH3 ocupa una posición axial en una conformación de silla y una posición ecuatorial en otra.
La conformación axial tiene una energía elevada de aproximadamente 7,6 kJ mol-1 en comparación con la conformación ecuatorial, lo que hace que esta última sea más estable.
En consecuencia, la conformación ecuatorial comprende aproximadamente el 95% de la mezcla de equilibrio. La pregunta es: ¿cuál es la razón de tales variaciones en la energía y la estabilidad?
Los estudios revelan que en una conformación axial, los hidrogenes metilo experimentan interacciones de dispersión repulsivas con los dos hidrógenos axiales paralelos y estrechamente posicionados en el mismo lado del anillo.
Esta tensión estérica desfavorable entre grupos en C1 y C3 o C5 se denomina interacción 1,3-diaxial, que es una interacción de Gauche.
Cada interacción de gauche aporta aproximadamente 3,8 kJ de energía adicional.
Tales interacciones de gauche están ausentes en una conformación ecuatorial ya que el grupo metilo se coloca anti a C3 y C5. Por lo tanto, las moléculas de metilciclohexano adoptan predominantemente la forma ecuatorial más estable y de baja energía.
En los cicloalcanos monosustituidos, a medida que aumenta el tamaño del sustituyente, las interacciones diaxiales 1,3 se vuelven más fuertes, lo que hace que la diferencia de energía entre las dos conformaciones sea más pronunciada.
Esto es particularmente evidente cuando el sustituyente es un grupo terc-butilo. La conformación ecuatorial de baja energía es mucho más estable que la conformación axial, con una abundancia del 99%.
En los cicloalcanos disustituidos, como el dimetilciclohexano, una mayor repulsión estérica entre los grupos metilo reduce aún más la probabilidad de conformación axial en sus moléculas.
Esta lección analiza la estabilidad de los ciclohexanos sustituidos centrándose en las energías de varios confórmeros y el efecto de las interacciones…
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