Разместить заказ
Вы будете перенаправлены на Автор24

Конформации монозамещенных циклогексанов

8-800-775-03-30 support@author24.ru
Все предметы / Химия / Циклоалканы / Конформации монозамещенных циклогексанов
Содержание статьи

Простейшим монозамещенным циклогексаном является метилциклогексан, который представляет собой органическое соединение с молекулярной формулой $CH_3C_6H_{11}$.



Рисунок 1.

Классифицируется как насыщенный углеводород, она представляет собой бесцветную жидкость со слабым запахом. Метилциклогексан используется в качестве растворителя. Он главным образом образуется при восстановлении толуола.

$CH_3C_6H_5 + 3 H_2 \to CH_3C_6H_{11}$

Метилциклогексан в смеси с толуолом, используется в качестве компонента добавки к топливам, для увеличения октанового числа бензина.

Его также применяют как компонент топлив для реактивных двигателей.

Метилциклогексан не имеет каких-либо особых областей применения, хотя она используется в качестве органического растворителя, со свойствами, близкими к соответствующим насыщенным углеводородам, таких как гептан.

Конформация метилциклогексана

Метилциклогексан, также как и все другие монозамещенные производные циклогексана, может находиться в двух различных конформациях кресла, где метильная группа или другой заместитель занимает аксиальное или экваториальное положение.



Рисунок 2.

Различие в стабильности е- и а-форм для замещенных циклогексанов легко понять, если рассмотреть соответствующие проекции Ньюмена для кольца относительно $C(1)-C(2)$ связи. Такие проекции Ньюмена для метилциклогексана приведены ниже.

Готовые работы на аналогичную тему



Рисунок 3.

Циклогексилметанол

Циклогексилметанол представляет собой органическое соединение с формулой $C_6H_{11}CH_2OH$.



Рисунок 4.

Это кольцо циклогексана функционализированные спиртом, в частности гидроксиметильной группой. Соединение представляет собой бесцветную жидкость, хотя коммерческие образцы могут быть желтыми.

Циклогексилметанол может быть получен в две стадии, начиная с гидроформилирования циклогексена. Этот процесс также дает циклогексан, в результате гидрогенизации. Полученный циклогексанальдегид затем гидрируют с получением спирта.

Циклогексантиол

Циклогексантиол представляет собой сероорганическое соединение с формулой $C_6H_{11}SH$, которое представляет собой бесцветную жидкость с сильным запахом.



Рисунок 5.

Впервые он был получен в свободно-радикальной реакции из циклогексана с использованием сернистого углерода в качестве источника серы.

Он производится в промышленности гидрированием циклогексанона в присутствии сероводорода в присутствии катализатора сульфида металла.

Он также получается путем добавления сероводорода к циклогексену в присутствии сульфида никеля.

Особенности конформации монозамещенных циклогексанов

В аксиальных конформерах наблюдаются ван-дер-ваальсовые отталкивания между атомомами водорода заместителя и аксиальными водородами $CH_2$ групп - членов цикла в положениях (3) и (5). Эти взаимодействия называют 1,3- и 1,5- диаксиальными взаимодействиями или 1,3- и 1,5- диаксиальными отталкиваниями.



Рисунок 6.

Различия в энергиях а- и е-конформеров у любых монозамещенных циклогексанов $C_6H_{11}X$ обычно в молекулярной физику называют общим свободным конформационным энергетическим эффектом $\triangle G^\circ$ группы-заместителем $X$. Такие энергетические различия конформаций $C_6H_{11}X$ можно определить при помощи различных методов:

  1. Первым таким методом является метод ЯМР спектроскопии $^1H$ и $^{13}C$. Инверсия колец приводит к инверсии и экваториальных с аксиальными атомами водорода. Этот эффект можно рассматривать как случая обмена положениями протонов. В случаях быстрых процессов обмена с константами скорости свыше $10^5$ $c^{-1}$ наблюдаемые спектры представляют собой усредненные спектры обеих этих конформаций. В случаях медленного обмена со скоростями порядка $10^1-10^2$ $c^{-1}$ спектры проявляются как наложение спектров для двух реально существующих конформерных форм. При промежуточных скоростях обмена проявляются уширенные сигналы, что является характерным для динамических равновесий в ЯМР-спектроскопии.

  2. Другим аналогичным методом является ПМР-спектроскопия. При ПМР- изучении полностью дейтерированного хлорциклогексана $C_6D_{10}HCl$ при +25$^\circ$С получен усредненный синглет, при том же изучении, но при -60$^\circ$C в картине появляются два сильно уширенных синглета, а при -150$^\circ$C обнаруживаются уже два узких синглета, соответствующие индивидуальным конформациям (рис.ниже). Соотношения конформеров определяются по площадям соответствующих сигналов.

ПМР спектр декадейтеро-1-хлорциклогексана. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 7. ПМР спектр декадейтеро-1-хлорциклогексана. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Причем при -150$^\circ$С конформационные формы существуют в виде индивидуальных структур практически неограниченное время.

В табл. ниже представлены значения свободных конформационных энергетических эффектов для групп-заместителей с различной природой. Данные эффекты были определены при помощи $1H$ и $13C$ ЯМР- спектроскопии при температурах ниже -100$^\circ$С.

Значения свободных конформационных энергетических эффектов $\triangle G^\circ$ для групп $Х$:



Рисунок 8.

Всем галогенам свойственны низкие и за исключением фтора близкие значения эффектов $\triangle G^\circ$. Величины $\triangle G^\circ$ закономерно возрастают при переходе от первичных ко вторичным и далее к третичным алкильным группам.

Предпочтительность экваториальной ориентации трет-бутильнай группы сделало ее очень удобным репером для изучения систем с заданной конформацией. Следует, однако, отметить, что конформации нельзя представлять полностью закрепленными даже при наличии трет-бутильной или фенильной группы. Конформационная инверсия при 25$^\circ$ и выше имеет место при наличии любого заместителя, поэтому неуместно говорить о такой системе как о закрепленной в одной конформации.

Сообщество экспертов Автор24

Автор этой статьи

Автор статьи

Олег Лебедь

Эксперт по предмету «Химия»

Статья предоставлена специалистами сервиса Автор24
Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.
как работает сервис