3.12
Le due conformazioni a sedia del cicloesano, all'equilibrio, hanno energie e stabilità identiche, con ciascun conformatore che rappresenta circa il 50% della miscela di equilibrio.
La sostituzione di un atomo di idrogeno con un gruppo alchilico rende le due conformazioni energeticamente non equivalenti.
Ad esempio, nel metilcicloesano, il gruppo CH3 occupa una posizione assiale in una conformazione a sedia e una posizione equatoriale in un'altra.
La conformazione assiale ha un'elevata energia di circa 7,6 kJ mol−1 rispetto alla conformazione equatoriale, rendendo quest'ultima più stabile.
Di conseguenza, la conformazione equatoriale comprende circa il 95% della miscela di equilibrio. La domanda è: qual è la ragione di tali variazioni di energia e stabilità?
Gli studi rivelano che in una conformazione assiale, gli idrogeni metilici subiscono interazioni di dispersione repulsive con i due idrogeni assiali paralleli e posizionati strettamente sullo stesso lato dell'anello.
Questa deformazione sterica sfavorevole tra i gruppi su C1 e C3 o C5 è chiamata interazione 1,3-diassiale, che è un'interazione gauche.
Ogni interazione gauche contribuisce con circa 3,8 kJ di energia aggiuntiva.
Tali interazioni gauche sono assenti in una conformazione equatoriale poiché il gruppo metilico è posto contro C3 e C5. Quindi, le molecole di metilcicloesano adottano prevalentemente la forma equatoriale a bassa energia e più stabile.
Nei cicloalcani monosostituiti, all'aumentare delle dimensioni del sostituente, le interazioni 1,3-diassiali diventano più forti, causando una maggiore pronuncia della differenza di energia tra le due conformazioni.
Ciò è particolarmente evidente quando il sostituente è un gruppo terz-butile. La conformazione equatoriale a bassa energia è molto più stabile di quella assiale, con un'abbondanza del 99%.
Nei cicloalcani disostituiti, come il dimetilcicloesano, un aumento della repulsione sterica tra i gruppi metilici riduce ulteriormente la probabilità di conformazione assiale nelle sue molecole.
Questa lezione parla della stabilità dei cicloesani sostituiti con particolare attenzione alle energie dei vari conformeri e all'effetto delle interaz…
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