Conformación 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 regular son 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 asumir conformaciones no planas (alabeadas) , que tienen todos los ángulos más cercanos a 109,5 ° y, por lo tanto, una menor energía de deformación que la forma hexagonal plana.
Si mantenemos los átomos de carbono 1, 2 y 3 estacionarios, 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 secuencias (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, que impone tres condiciones en el espacio tridimensional. Si el ángulo de enlace en la cadena (6,1,2) también debería 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 que 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 barcos . 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 (tienensimetría 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 diedros en (1, 2, 3, 4). En este continuo, la energía varía debido a la deformación de Pitzer relacionada con los ángulos diedros. El bote giratorio tiene una energía menor que el bote. Para pasar de la conformación de silla a una conformación de bote giratorio o la conformación de otra silla, los ángulos de unión deben cambiarse, lo que lleva a una media silla de alta energía.conformación. Entonces las estabilidades relativas son: silla> bote giratorio> 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 otros no están en mínimos de energía local.
Las conformaciones de bote y bote de torsión, como se dijo, se encuentran a lo largo de un continuo de deformación de ángulo cero. Si hay sustituyentes que permiten distinguir los diferentes átomos de carbono, entonces este continuo es como un círculo con seis conformaciones de bote y seis conformaciones de bote giratorio 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 propio ciclohexano, entonces moverse a lo largo del continuo lleva a la molécula de la forma de bote a un bote giratorio "diestro", y luego de regreso a la misma forma de bote (con una permutación de los átomos de carbono), luego a un bote giratorio "para zurdos", y luego de regreso nuevamente al bote aquiral.El pasaje bote, bote giratorio, bote, bote giratorio, constituye una pseudorotación .
Las diferentes conformaciones se denominan "conformadores", una combinación de las palabras "conformación" e "isómero".
La conformación de la silla es la conformadora más estable. A 25 ° C, el 99,99% de todas las moléculas en una solución de ciclohexano adoptan esta conformación.
