Conformación de ciclohexano
En química orgánica , las conformaciones de ciclohexano son cualquiera de varias formas tridimensionales adoptadas por moléculas de ciclohexano . Debido a que muchos compuestos presentan anillos de seis miembros estructuralmente similares , la estructura y la dinámica del ciclohexano son prototipos importantes de una amplia gama de compuestos. [1] [2]
Los ángulos internos de un hexágono plano y regular son de 120°, mientras que el ángulo preferido entre enlaces sucesivos en una cadena de carbono es de aproximadamente 109,5°, el ángulo tetraédrico ( arco coseno de −1/3). Por lo tanto, el anillo de ciclohexano tiende a adoptar conformaciones no planas (alabeadas) , que tienen todos los ángulos más cerca de 109,5° y, por lo tanto, una energía de deformación más baja que la forma hexagonal plana.
Si mantenemos estacionarios los átomos de carbono 1, 2 y 3, con las longitudes de enlace correctas y el ángulo tetraédrico entre los dos enlaces, y luego continuamos agregando los átomos de carbono 4, 5 y 6 con la longitud de enlace correcta y el ángulo tetraédrico, podemos variar los tres ángulos diedros para las sucesiones (2,3,4), (3,4,5) y (4,5,6). El siguiente enlace, del átomo 6, también está orientado por un ángulo diedro, por lo que tenemos cuatro grados de libertad .. Pero ese último enlace tiene que terminar en la posición del átomo 1, lo que impone tres condiciones en el espacio tridimensional. Si el ángulo de enlace en la cadena (6,1,2) también debe ser el ángulo tetraédrico, entonces tenemos cuatro condiciones. En principio, esto significa que no hay grados de libertad de conformación, asumiendo que todas las longitudes de los enlaces son iguales y todos los ángulos entre los enlaces son iguales. Resulta que, con los átomos 1, 2 y 3 fijos, hay dos soluciones llamadas silla , dependiendo de si el ángulo diedro para (1,2,3,4) es positivo o negativo, y estas dos soluciones son iguales bajo una rotación. Pero también hay un continuo de soluciones, un círculo topológico donde la deformación angular es cero, incluido el bote de torsión y elconformaciones de barco . Todas las conformaciones en este continuo tienen un eje de simetría doble que atraviesa el anillo, mientras que las conformaciones de silla no lo tienen (tienen simetría D 3d , con un eje triple que atraviesa el anillo). Es debido a la simetría de las conformaciones en este continuo que es posible satisfacer las cuatro restricciones con un rango de ángulos diédricos en (1,2,3,4). En este continuo, la energía varía debido a la tensión de Pitzer relacionada con los ángulos diedros. El bote giratorio tiene una energía más baja que el bote. Para pasar de la conformación de silla a una conformación de bote torcido o la otra conformación de silla, se deben cambiar los ángulos de enlace, lo que lleva a una conformación de media silla de alta energía.conformación. Entonces, las estabilidades relativas son: silla > bote torcido > bote > media silla. Todas las energías conformacionales relativas se muestran a continuación. [3] [4] A temperatura ambiente, la molécula puede moverse fácilmente entre estas conformaciones, pero solo la silla y el bote giratorio pueden aislarse en forma pura, porque los demás no están en los mínimos de energía locales.
Las conformaciones de bote y bote torcido, como se dijo, se encuentran a lo largo de un continuo de tensión de ángulo cero. Si hay sustituyentes que permitan distinguir los diferentes átomos de carbono, entonces este continuo es como un círculo con seis conformaciones de bote y seis conformaciones de bote torcido entre ellos, tres "diestros" y tres "zurdos". (Lo que debería llamarse diestro no es importante). Pero si los átomos de carbono son indistinguibles, como en el ciclohexano mismo, entonces, al moverse a lo largo del continuo, la molécula pasa de la forma de bote a un bote torcido "diestro", y luego de regreso a la misma forma de bote (con una permutación de los átomos de carbono), luego a un bote giratorio "zurdo", y luego de regreso al bote aquiral.
Las diferentes conformaciones se denominan "conformadores", una combinación de las palabras "conformación" e "isómero".
La conformación de silla es el confórmero más estable. A 25 °C, el 99,99 % de todas las moléculas en una solución de ciclohexano adoptan esta conformación.
