3.10: シクロヘキサンの立体構造

シクロヘキサンは、平面構造では高い角度とねじれひずみを受けるため、平面形状では存在しません。 代わりに、非平面のいす形配座と舟形配座を採用しています。

いす形で最も安定しており、その形が「安楽椅子」に似ていることからその名前が付けられました。いす形配座では、2 つの炭素原子が面外に配置され、1 つは上に、もう 1 つは下に配置され、ねじれひずみが最小限に抑えられます。 いす型では、結合角は理想的な四面体の値に非常に近いため、この型では角ひずみが見られません。舟形配座は、舟形に似ていることからその名前が由来しており、安定したいす形配座よりも 30 kJ/mol 多くのひずみエネルギーを持っています。舟形には角ひずみはありませんが、上向きのメチレン基によりかなりのねじれひずみがあります。 さらに、これらの基の水素原子が近接しているため、「2つのフラッグポール位水素間の相互作用」として知られる強いファンデルワールス反発が舟形をさらに不安定にします。 したがって、舟形は C-C 結合の 1 つをわずかにねじって、ツイスト舟形配座を作成します。 ねじれにより、フラッグポール位水素間がわずかに離れて配置され、全体のひずみが 7 kJ/mol 減少します。

シクロヘキサンは、その仮想的な平面形態では、角度ひずみとねじりひずみの両方を持つことになります。

角度ひずみは120°のボンド角度から生じますが、ねじりひずみはC-Hボンドの食い込みから生じます。

2つの菌株の不安定化効果のために、シクロヘキサンの平面型は存在しません。代わりに、シクロヘキサンは非平面の椅子とボートコンフォメーションを採用しています。

椅子のコンフォメーションは最も安定した形で、2つの炭素原子がリングの平面の上と下の反対側に曲がっています。

椅子の形状は、ボンド角度が109.5°に非常に近いため、角度ひずみがありません。

さらに、ねじりひずみは、「シート」ボンドを見下ろして見ると、すべてのボンドが完全にずらして見えるため、チェア配座部座にはありません。

シクロヘキサンのボートコンフォメーションは、角度ひずみを欠いていますが、「ボート」の反対側の端にある2つの上向きに折りたたまれたメチレン基の結合を食うことから生じるねじりひずみを持っています。

しているため、2つの旗竿水素は、旗竿相互作用とも呼ばれる立体ひずみを経験します。

ねじりひずみと立体ひずみの複合効果により、ボートの配座異性体は椅子の適合体よりもエネルギーが高くなります。

ボートのコンフォメーションは、ツイストボートのコンフォメーションに屈曲することでそのひずみを部分的に緩和するため、旗竿の水素がさらに離れて移動し、屈曲した形状がより安定します。

したがって、ツイストボートは対称ボートよりもエネルギーが低くなります。

椅子とボートの間のエネルギー障壁が低いため、コンフォメーションは数回相互変換されます。

一方の椅子の輪は、いくつかの高エネルギーのコンフォメーションを経て遷移し、もう一方の椅子に形を与えます。最もエネルギーが高く、不安定なハーフチェアコンフォメーションでは、「フットレスト」は分子の「シート」と同一平面上になります。