CYKLOALKANY chemia organiczna przygotowanie do matury

Zgodnie z nazwą są to związki nasycone o budowie pierścieniowej. Struktura cykliczna sprawia, że kąty pomiędzy węglami są równe 109 28. W przypadku wielu z nich dochodzi do napięcia, na skutek czego związki te stosunkowo łatwo rozpadają się. Dotyczy to zwłaszcza cyklopropanu i cyklobutanu, a więc węglowodorów o szczególnie małej ilości węgli. W ich przypadku kąty wynoszą odpowiednio 60 i 90 . Stanowiło to podstawę do stworzenia przez Bayera teorii napięć, zgodnie z którą im większa występuje różnica pomiędzy rzeczywistymi kątami w cykloalkanie, a kątem 109 28, tym wiązanie to jest mniej trwałe. Na skutek więc tzw. dewiacji walencyjnej związek o 3 czy 4 węglach jest nietrwały i pierścień może otwierać się. Jednak w przypadku cykloheksanu obserwuje się szczególną trwałość zaprzeczającą teorii napięć Bayera. Wytłumaczenie tego zjawiska podali Sachse i Mohr, według których układ przestrzenny tego związku nie jest płaski , może on bowiem przybierać dwie formy konformacyjne tj. krzesłową i łódkową przedstawione na rys.

W formie łódkowej ( a ) węgle przeciwstawne są ustawione po jednej stronie płaszczyzny wyznaczonej przez 4 pozostałe atom tego pierwiastka. Natomiast w formie krzesłowej ( b ) po przeciwnych stronach tej płaszczyzny Obie formy konformacyjne mogą przechodzić w siebie, co sprawia, że żadnej z nich nie udało się wyodrębnić. Forma krzesłowa jest trwalsza ponieważ jej poziom energetyczny jest niższy niż łódkowej ze względu na dalsze ustawienie w stosunku do siebie wodorów. Sprawia to, że ponad 99% cykloheksanu występuje w formie krzesłowej. Forma ta cechuje się zdolnością do inwersji pierścienia polegającą na szybkiej zmianie ustawienia obu zagiętych końców, które w jednym ułamku sekundy są skierowane ponad płaszczyznę, w następnym zaś pod nią. Inwersja ta jest procesem bardzo szybkim, bowiem w ciągu sekundy, jak obliczono, następuje około 1`0 przestawień tych węgli w temperaturze pokojowej.

Ponieważ w cykloalkanach z każdym atomem węgla są połączone dwa wodory, więc w przypadku cykloheksanu występującego w konformacji krzesłowej, atomy te ustawiają się w dwojaki sposób: 6 z nich układa się w płaszczyżnie pierścienia, a 6 pozostałych pod i nad tą płaszczyzną. Pierwsze z nich określa się jako wiązania ekwatorialne, a wg. starej nomenklatury „ równikowe „, drugie – wiązaniami aksjalnymi, a dawniej „ osiowymi „. Zgodnie z przewidywaniami okazało się, że bardziej trwała jest konformacja ekwatorialna ze względu na większą odległość pomiędzy poszczególnymi grupami ustawionymi w tym położeniu.

Pełną treść znajdziesz w naszej książce Chemia Organiczna w zarysie