Практическое отсутствие угловых и торсионных напряжений в конформации «конверта» делают пятичленный цикл устойчивымЦиклогексан. Молекула циклогексана в плоской конформации имеет форму правильного шестиугольника. Такая конформация характеризуется сильными угловыми (угол между связями 120° вместо 109, 5°) и торсионными напряжениями (связи заслоняют друг друга), что делает ее энергетически невыгодной, а такой плоский цикл непрочным. Снижение напряжений и увеличение стабильности циклогексана достигается за счет существования молекул в виде неплоских структур – конформаций ванны и кресла. В конформации ванны в молекуле нет угловых, но имееют место торсионные напряжения. В конформации кресла нет ни угловых, ни торсионных напряжений.
При комнатной температуре 99, 9% молекул циклогексана находятся в конформации кресла.
Обе конформации кресла энергетически равноценны, если в молекуле циклогексана нет заместителей. Связи атомов углерода с атомами водорода, расположенные параллельно оси симметрии молекулы циклогексана, называются аксиальными, связи, которые лежат под углом 109, 5° к оси симметрии – экваториальными. Если в молекуле есть объемный заместитель, то энергетически более выгодной является та конформация кресла, в которой заместитель находится в экваториальном положении. Конформация кресла, в которой заместитель находится в аксиальном положении, менее выгодна энергетически, так как в этом случае в молекуле возникают 1, 3–диаксиальные взаимодействия, которые обусловлены отталкиванием заместителя и атомов водорода в аксиальных положениях.
Однако известны производные циклогексана, в которых 1, 3- диаксиальное расположение заместителей является предпочтительным. В этих соединениях между заместителями, находящимися в аксиальных положениях, возникает внутримолекулярная водородная связь, которая стабилизирует конформацию кресла и снижает ее энергию.
|
