We hebben factoren leren kennen die de energie-inhoud van een molecuul beinvloeden en de meest stabiele conformatie van cyclohexaan afgeleid, gebruikmakend van deze kennis. In deze oefening zullen we deze nieuw verworven kennis toepassen op gesubstitueerde cyclohexanen.
De kleinste koolwaterstof substituent die we kunnen verzinnen is de methylgroep. Deze kan geplaatst worden in de axiale of equatoriale positie. Vanzelfsprekend spreken we in beide gevallen over hetzelfde molecuul: wanneer we van de ene naar de andere stoel-conformatie flippen, verwisselt de methylgroep een axiale voor een equatoriale positie. Modellen van beide conformaties worden hieronder getoond.
|
methylcyclohexaan, methyl axial (de gele kleur geeft de equatoriale waterstofposities aan) | |
|
methylcyclohexaan, methyl equatorial |
Kijk aandachtig naar de twee structuren (in het bijzonder de ruimtevullende modellen zijn behulpzaam) en beantwoord de volgende vraag:
Welke van de twee bovenstande conformaties van methylcyclohexaan is minder gunstig in termen van energie en waarom?
De conformatie die de methylgroep heeft in de positie:
Merk op dat het energieverschil substantieel is: het verschil tussen de twee conformaties is 2.3 kcal/mol.
Het gedrag dat we observeren voor methylcyclohexaan is karakteristiek
voor alle gesubstitueerde cyclohexanen:
Wanneer één van de waterstof atomen wordt vervangen door een grotere
groep of atoom, vindt sterische hindering plaats. Dit effect is het grootst
wanneer de groep in de axiale positie zit, ten gevolge van de ongunstige
van der Waals repulsie met de waterstoffen in de andere axiale posities.
Bekijk de animatie en
het energy-profiel an de axial-equatorial conformatieverandering in
methylcyclohexaan.