In dieser Lektion wird die Stabilität substituierter Cyclohexane besprochen, wobei der Schwerpunkt auf den Energien verschiedener Konformere und auf der Auswirkung 1,3-diaxialer Wechselwirkungen liegt.
Die beiden Sesselkonformationen von Cyclohexanen unterliegen bei Raumtemperatur einer schnellen gegenseitigen Umwandlung. Beide Formen haben identische Energien und Stabilitäten und machen jeweils gleiche Mengen des Gleichgewichtsgemisches aus. Der Ersatz eines Wasserstoffatoms durch eine funktionelle Gruppe führt dazu, dass die beiden Konformationen energetisch nicht äquivalent sind.
In Methylcyclohexan beispielsweise nimmt die CH3-Gruppe in einer Sesselkonformation eine axiale Position und in einer anderen eine äquatoriale Position ein. Dies führt zu einem Energieanstieg der axialen Konformation auf etwa 7,6 kJ mol-1, wodurch die äquatoriale Konformation mit einer Häufigkeit von 95 % stabiler wird.
Der Grund für solche Schwankungen in Energie und Stabilität liegt darin, dass die Methylwasserstoffe abstoßende Dispersionswechselwirkungen mit den beiden parallelen und eng positionierten axialen Wasserstoffatomen auf derselben Seite des Rings erfahren. Da die sterische Spannung zwischen Gruppen an C1 und C3 oder C5 entsteht, spricht man von einer 1,3-diaxialen Wechselwirkung. Wenn diese Wechselwirkungen mit der Newman-Projektion dargestellt werden, weisen sie eine ungünstige Beziehung auf. Wenn die Methylgruppe jedoch äquatorial positioniert ist, wird sie gegen C3 und C5 platziert, wodurch die sterische Abstoßung minimiert wird.
Mit zunehmender Größe einer funktionellen Gruppe werden 1,3-diaxiale Wechselwirkungen stärker ausgeprägt, wodurch der Energieunterschied zwischen den beiden Konformationen zunimmt.
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