Structure de chaise

Dessiner la forme de chaise des cycloalcanes (hydrocarbures cycliques) est un moyen de présenter une représentation tridimensionnelle de la molécule. Dans le modèle de chaise du cyclohexane, les carbones 1, 3 et 5 sont au-dessus du plan et les carbones 2, 4 et 6 sont au-dessous du plan. Dans cette confirmation, tous les angles sont de 110,9 ° – proche de l’angle de liaison idéal de 109,5 ° pour les alcanes, qui est l’angle idéal de la géométrie tétraédrique. Chaque atome de carbone dans le cycle aura son hydrogène ou son substituant attaché en position équatoriale ou axiale. Équatorial est la position dans laquelle un substituant est perpendiculaire à l’axe de l’anneau. Axiale est la position dans laquelle un substituant est parallèle à l’axe de l’anneau.

Une conformation de chaise flip est la conversion d’une conformation de chaise cyclohexane en une autre par rotation autour des liaisons simples carbone-carbone. Lorsque la chaise est retournée, les positions axiales deviennent équatoriales et vice versa. Le cyclohexane peut basculer entre deux conformations de chaise. S’il n’y a pas de substituants (atomes ou groupes non hydrogènes attachés au cycle), les deux formes auront une énergie égale. Lorsque des substituants sont ajoutés, les deux formes peuvent ne pas avoir la même énergie et la molécule passera plus de temps dans la conformation de chaise plus stable. Les substituants en position équatoriale offrent plus de stabilité car les substituants axiaux plus proches les uns des autres ont tendance à interagir défavorablement. Tout substituant non hydrogène en position axiale sur le cyclohexane créera une contrainte stérique avec d’autres groupes (y compris l’hydrogène) dans toute autre position axiale du même côté du plan. Cette déformation stérique est appelée interactions 1,3-diaxiales. Plus un groupe de substituants est grand, plus il est susceptible d’être en position équatoriale pour stabiliser la chaise et éviter les interactions 1,3-diaxiales.

Groups on a ring can exhibit cis and trans isomerism. L’isomérie Cis-trans (ou cis-trans) se produit lorsque l’une des deux molécules ou plus a la même formule moléculaire et la même structure de liaison, mais diffère dans les positions de leurs substituants autour d’une partie rigide de la molécule. L’isomérie Cis-trans peut être indiquée dans une chaise en utilisant les positions axiale et équatoriale de la forme de chaise. Les cycloalcanes peuvent porter des substituants sur deux carbones qui sont soit du même côté, soit de côtés opposés du cycle. Les substituants du même côté sont cis les uns aux autres et les substituants des côtés opposés sont trans les uns aux autres. Lorsqu’un anneau bascule, les positions axiale et équatoriale s’interconvertiront, mais cis et trans ne changeront pas. Si un groupe est dans une conformation de chaise, il sera dans l’autre conformation de chaise.

Les conformations cis-1,4-diméthylcyclohexane sont d’égale stabilité, avec un groupe méthyle axial et un groupe méthyle équatorial dans les deux conformères. Les deux conformations de chaise équivalentes sont en équilibre. Dans le trans-1,4-diméthylcyclohexane, la conformation avec les deux groupes méthyle en position équatoriale est plus stable. Alors que ces conformères sont également en équilibre, la forme la plus stable domine cet équilibre.

La désignation cis/trans n’est pas liée à la position équatoriale ou axiale des substituants. La détermination équatoriale/axiale est déterminée par la position de l’atome de carbone auquel le substituant est lié. Lorsque la chaise bascule, la position axiale sera modifiée, mais la conformation trans / cis restera la même.