Estructura de la silla

Dibujar la forma de la silla de cicloalcanos (hidrocarburos cíclicos) es una forma de presentar una representación tridimensional de la molécula. En el modelo de silla de ciclohexano, los carbonos 1, 3 y 5 están por encima del plano, y los carbonos 2, 4 y 6 están por debajo del plano. En esta confirmación, todos los ángulos son 110.9°—cerca del ideal 109.5° ángulo de enlace para los alcanos, que es el ángulo ideal de la geometría tetraédrica. Cada átomo de carbono en el anillo tendrá su hidrógeno o sustituyente unido en la posición ecuatorial o axial. Ecuatorial es la posición en la que un sustituyente es perpendicular al eje del anillo. Axial es la posición en la que un sustituyente es paralelo al eje del anillo.

Una conformación de silla abatible es la conversión de una conformación de silla de ciclohexano a otra por rotación alrededor de los enlaces simples carbono-carbono. Cuando la silla se voltea, las posiciones axiales se convierten en ecuatoriales y viceversa. El ciclohexano puede voltearse entre dos conformaciones de silla. Si no hay sustituyentes (átomos o grupos no hidrogenados unidos al anillo), las dos formas tendrán la misma energía. Cuando se agregan sustituyentes, las dos formas pueden no tener la misma energía, y la molécula pasará más tiempo en la conformación de silla más estable. Los sustituyentes en la posición ecuatorial proporcionan más estabilidad porque los sustituyentes axiales que están más cerca unos de otros tienden a interactuar desfavorablemente. Cualquier sustituyente no hidrogenado en una posición axial en ciclohexano creará tensión estérica con otros grupos (incluido el hidrógeno) en cualquier otra posición axial en el mismo lado del plano. Esta cepa estérica se denomina interacciones 1,3-diaxiales. Cuanto mayor sea el grupo sustituyente, mayor será la probabilidad de estar en la posición ecuatorial para estabilizar la silla y evitar interacciones 1,3-diaxiales.

Groups on a ring can exhibit cis and trans isomerism. El isomerismo cis-trans (o cis-trans) es cuando una de dos o más moléculas tienen la misma fórmula molecular y estructura de enlace, pero difieren en las posiciones de sus sustituyentes alrededor de una parte rígida de la molécula. El isomerismo Cis-trans se puede indicar en una silla utilizando las posiciones axial y ecuatorial de la forma de la silla. Los cicloalcanos pueden llevar sustituyentes en dos carbonos que están en el mismo lado o en lados opuestos del anillo. Los sustituyentes en el mismo lado son cis entre sí, y los sustituyentes en lados opuestos son trans entre sí. Cuando un anillo se voltea, las posiciones axial y ecuatorial se interconvertirán, pero cis y trans no cambiarán. Si un grupo está en una conformación de silla, estará en la otra conformación de silla.

Las conformaciones de cis-1,4-dimetilciclohexano tienen la misma estabilidad, con un grupo metilo axial y otro ecuatorial en ambos conformadores. Las dos conformaciones de silla equivalentes están en equilibrio. En el trans-1,4-dimetilciclohexano, la conformación con ambos grupos metilo en la posición ecuatorial es más estable. Mientras que estos conformadores también están en equilibrio, la forma más estable domina ese equilibrio.

La designación cis / trans no está relacionada con la posición ecuatorial o axial de los sustituyentes. La determinación ecuatorial/axial se determina por la posición del átomo de carbono al que está unido el sustituyente. Cuando la silla se voltea, la posición axial cambiará, pero la conformación trans/cis seguirá siendo la misma.