Этот материал поможет разобраться в теме «Конформации циклоалканов» без лишней теории и воды.
Основное положение
Таким образом, циклоалканы существуют в определенных пространственных конформациях. Только циклопропан имеет плоскую структуру. Для циклобутана структура молекулы несколько изогнута и находится в равновесном состоянии с плоским конформером вследствие инверсии (угол "складчатости" равен примерно 25$^\circ$:
Рисунок 2.
Циклопентан существует в виде фигуры, напоминающей конверт. При этом каждый атом углерода в молекуле циклопентана последовательно участвует в изгибании, что создает впечатление постоянного волнообразного движения (псевдовращения):
Рисунок 3.
Циклогексан существует в нескольких конформациях, которые быстро переходят друг в друга в процессе инверсии цикла. Наиболее энергетически выгодна конформация кресла, которая примерно на 24-28 кДж / моль стабильнее, чем конформация ванны (лодки), и на 20-25 кДж / моль стабильнее, чем твист-конформация. В свою очередь, твист-конформация примерно на 5-6 кДж / моль стабильнее по сравнению с конформацией ванны. При этом инверсия одной формы кресла в другую происходит примерно 100000 раз в секунду и для этого необходимо преодолеть энергетический барьер 44 кДж / моль по данным ЯМР-спектроскопии:
Рисунок 4.
В приведенных конформерах кресла в молекуле циклогексана существует 12 $C-H$-связей. Оси шестерых из них параллельные друг другу и оси симметрии третьего порядка $C3$, перпендикулярны плоскости $C1-C3$ и называются аксиальными. Остальные шесть направлены почти перпендикулярно к упомянутой оси (под углом 109,5$^\circ$) или радиально от цикла к периферии молекулы, и называются экваториальными, или е-связями. При инверсии цикла аксиальные связи вместе с заместителем превращаются в е-связи. На схеме как заместители условно приняты атомы водорода обведенные в рамки у первого и четвертого атомов углерода в различных положениях (цифры обозначают номера атомов углерода):
Рисунок 5.
Для циклогексана их взаимный переход (инверсия циклов) происходит очень быстро, поэтому только при температурах, меньших чем 140 $^\circ$С, методом ПМР-спектроскопии можно зафиксировать разницу расположения атомов водорода в экваториальном и аксиальном положении соответственно.
Для монозамещенных циклогексана заместитель, как правило, занимает энергетически более выгодное на 7,5 кДж / моль экваториальный положение. Метил циклогексан при нормальных условиях большинство времени имеет вид е-изомера (по данным ИК-спектроскопии, спектров КР и дифракции электронов):
Рисунок 6.
При двух заместителях стабильный конформер, в котором заместители максимально удалены друг от друга, находятся 4-положении и соединены с циклом также экваториальными связями, например транс 4-диметил циклогексан.
Преимущество экваториального сообщения заместителя, например метила, над аксиальным наглядно наблюдается на проекциях Ньюмена при рассмотрении формы кресла вдоль связи $C1-C2$:
Рисунок 7.
Заключение
Тема «Конформации циклоалканов» раскрыта в основных чертах. Если нужен более подробный разбор или помощь с работой, оставьте заявку — эксперты подскажут.
Частые вопросы
Что важно знать по теме «Конформации циклоалканов»?
В материале собраны ключевые определения и подходы по теме «Конформации циклоалканов». Начните с основного раздела, затем перейдите к выводам и примерам.
Какие основные положения раскрыты в статье?
Статья последовательно раскрывает тему «Конформации циклоалканов»: от базовых понятий до практических примеров. Используйте её как опору для подготовки.
Как использовать материал в учёбе?
Материал пригодится для подготовки к занятиям, написания работ и повторения темы «Конформации циклоалканов». Сохраните ключевые тезисы и примеры.
Куда обратиться, если остались вопросы?
Если после статьи остались вопросы по теме «Конформации циклоалканов», задайте их экспертам Учись.RU — мы поможем разобраться.