 |
|
Электронное строение циклопропана
Следствием плоского строения циклопропана является наличие геометрической (cis-, trans-) изомерии.
R-заместитель
trans-изомер cis-изомер
Циклобутан
Связи С-С изогнуты, но не в такой степени, как в циклопропане (Ө=7°). Форма циклобутана имеет характер “складчатости”. Циклобутан – более устойчивый цикл, чем циклопропан. Для монозамещенного циклобутана возможно существование двух конформеров – ротационных изомеров, близких по энергии.
Циклопентан
В циклопентане все атомы углерода поочередно выходят из плоскости, кольцо как бы “обегает” волна (“псевдовращение”). Выигрыш энергии за счёт этого процесса составляет 22 кДж/моль. Для циклопентана возможны две конформации цикла - Е(от английского слова envelope - конверт) и τ (от английского слова twisted - скрученная). Для монозамещенного циклопентана более характерна конформация – Е.
.
Циклогексан
Циклогексан имеет несколько конформаций (форм цикла) – кресло, ванна, искаженная ванна (твист), полукресло. Наиболее устойчивой конформацией является конформация кресло. Каждый атом углерода в конформации кресло имеет пространственно неэквивалентные связи С-Н –аксиальные - a (расположены параллельно вертикальной оси симметрии) и экваториальные- е (расположенные под углом 109,5° относительно вертикальной оси). В процессе конформационных превращений, которые называются инверсией, экваториальные заместители становятся аксиальными и наоборот. Наиболее устойчивой конформацией является конформация кресло (I), что соответствует минимуму на энергетической кривой (см. рис.). Минимуму на энергетической кривой соответствует также конформация искаженной ванны – твист-конформация (II). Две другие конформации - ванна (III) и полукресло (IV) - соответствуют максимумам на энергетической кривой различной величины, и их следует рассматривать как переходные состояния между двумя относительно устойчивыми конформациями.
Заместитель в монозамещенных циклогексанах может занимать либо экваториальное, либо аксиальное положение. Эти конформации энергетически не эквивалентны. Конформер с экваториальным расположением заместителя энергетически наиболее выгоден. Неустойчивость аксиального конформера связана с наличием в нем 1,3-диаксиального взаимодействия заместителя и аксиального атома водорода в положениях 3 и 5.
1,3-Диаксиальное взаимодействие приводит к инверсии цикла, при этом заместитель принимает более выгодное экваториальное расположение.
В дизамещенных циклогексанах, кроме аксиального или экваториального положения заместителя, учитывается их взаимное расположение, при этом возможны два варианта положения заместителей относительно кольца: cis- и trans-конфигурации.