3.13: Ciclohexanos disustituidos: La isomería cis-trans.

Dependiendo de la diferente orientación espacial de los sustituyentes, los cicloalcanos disustituidos presentan dos tipos de estereoisómeros. Los isómeros cis tienen sustituyentes en el mismo lado del anillo, mientras que los isómeros trans tienen sustituyentes en lados opuestos. Estos estereoisómeros exhiben diferentes propiedades físicas y no pueden interconvertirse sin romper los enlaces carbono-carbono.

En el ciclohexano, los sustituyentes pueden ocupar diferentes posiciones generando distintos isómeros. Por ejemplo, en el caso del 1,4-dimetilciclohexano, el isómero cis tiene dos confórmeros que se equilibran en proporciones iguales. Ambos confórmeros tienen un grupo metilo en la posición axial y el otro en la posición ecuatorial. Sin embargo, los confórmeros del isómero trans son energéticamente no equivalentes. El confórmero trans que tiene ambos grupos metilo en posición axial experimenta una fuerte repulsión estérica y es menos estable que la forma diecuatorial. Por tanto, la forma transdiecuatorial es más abundante en el equilibrio.

Los isómeros del 1,2-dimetilciclohexano son similares a los de sus homólogos 1,4. El trans-1,2-dimetilciclohexano tiene dos confórmeros energéticamente no equivalentes. Debido a la ausencia de interacciones 1,3-diaxiales, la forma diecuatorial es más estable y abundante que el confórmero diaxial. Por el contrario, ambos confórmeros del isómero cis tienen energías equivalentes con un grupo metilo axial y otro ecuatorial.

La presencia de sustituyentes voluminosos altera el equilibrio porque el sustituyente voluminoso ocupa preferentemente la posición ecuatorial para evitar la fuerte repulsión estérica en la posición axial.

Un cicloalcano disustituido puede tener dos estereoisómeros distintos, cis y trans, dependiendo de la orientación espacial relativa de los dos sustituyentes.

Mientras que el isómero cis tiene ambos sustituyentes en el mismo lado del anillo, el isómero trans tiene sus sustituyentes en los lados opuestos.

Los isómeros tienen diferentes propiedades físicas y no son interconvertibles por rotación alrededor del enlace C-C. Como tales, nunca están en equilibrio.

Consideremos los estereoisómeros del 1,4-dimetilciclohexano.

Las dos conformaciones de silla del isómero cis tienen energías iguales y se equilibran en proporciones iguales.

Ambas conformaciones del isómero cis tienen un grupo metilo axial y un grupo metilo ecuatorial, y sus posiciones cambian cuando el anillo se invierte.

Por el contrario, el trans-1,4-dimetilciclohexano existe en dos formas de silla no equivalentes con los grupos metilo orientados en direcciones opuestas.

Un conformador de silla tiene ambos grupos metilo en posición axial, mientras que el conformado alternativo tiene los grupos metilo dispuestos ecuatorialmente.

Debido a las fuertes repulsiones estéricas, la forma trans-diaxial tiene mayor energía que la forma trans-diequatorial, lo que hace que esta última sea más estable y abundante en equilibrio.

Consideremos ahora las dos formas de silla energéticamente no equivalentes de cis-1,3-dimetilciclohexano.

Mientras que una forma cis tiene dos grupos metilo axiales con interacciones 1,3-diaxiales fuertes y desfavorables, la otra forma cis tiene dos grupos metilo ecuatoriales y está desprovista de cualquier interacción 1,3-diaxial.

La ausencia de repulsión estérica hace que el conformador cis-diecuatorial sea más estable y abundante que el conformador cis-diaxial.

En comparación, el isómero trans del 1,3-dimetilciclohexano se equilibra en proporciones iguales entre dos formas de silla equivalentes. Cada conconformador trans tiene un grupo metilo axial y otro ecuatorial.

Si los sustituyentes del cicloalcano trans 1,3-disustituido tienen tamaños diferentes, los dos conformadores ya no son equivalentes. Esto se debe a que el sustituyente voluminoso en la posición axial encuentra fuertes repulsiones estéricas, lo que hace que el grupo voluminoso ocupe preferentemente la posición ecuatorial.