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3.12 : 取代环己烷的稳定性

本课讨论取代环己烷的稳定性,重点关注各种构象异构体的能量和 1,3-二轴相互作用的影响。

环己烷的两种椅型构象在室温下会快速相互转化。 两种构象具有相同的能量和稳定性,在平衡混合物中,二者含量相等。 用官能团取代氢原子使得两种构象在能量上不相等。

例如,在甲基环己烷中,CH3基团在一种椅型构象中占据轴向位置,而在另一种构象中占据平伏位置。 这导致轴向构象的能量增加到大约 7.6 kJ mol−1,使平伏构象更加稳定,丰度达到 95%。

能量和稳定性发生这种变化的原因是,甲基氢与环同侧两个平行且紧密的轴向氢发生了排斥性色散相互作用。 由于空间应变源自 C1 和 C3 或 C5 上的基团之间,因此称为 1,3-二轴相互作用。 当用纽曼式显示时,这些相互作用表现出一种邻位交叉关系。 然而,如果甲基位于平伏位置,则它与 C3 和 C5 处于反式,从而最大限度地减少空间排斥。

随着官能团尺寸的增加,1,3-二轴相互作用变得更加明显,两种构象之间的能量差增加。

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Substituted CyclohexanesStabilityEnergiesConformers13 diaxial InteractionsChair ConformationsEquilibrium MixtureFunctional GroupMethylcyclohexaneAxial PositionEquatorial PositionEnergy IncreaseStability IncreaseAbundanceRepulsive Dispersion InteractionsSteric Strain13 diaxial InteractionNewman ProjectionGauche RelationshipSteric Repulsion

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