4.9 : Stereoizomeria związków cyklicznych

Na tej lekcji zagłębiamy się w rolę konformacji pierścienia i jego stabilności, która determinuje układ przestrzenny, a co za tym idzie, symetrię molekularną i stereoizomerię związków cyklicznych. 1,2-dimetylocykloheksan zastosowano jako studium przypadku w celu oceny możliwej liczby stereoizomerów. Tutaj, biorąc pod uwagę wielokrotne (n = 2) centra chiralne, istnieje 2ⁿ = 4 możliwych konfiguracji, którym brakuje płaszczyzny symetrii, ponieważ szkielet pierścieniowy istnieje w niepłaskiej konformacji krzesła. Ponadto możliwość odwracania pierścienia w pierścieniu cykloheksanu powoduje, że każda z tych czterech możliwych konfiguracji może dalej istnieć jako mieszanina dwóch lub więcej konformacji.

Wpływ elastyczności konformacyjnej układu pierścieniowego na liczbę możliwych stereoizomerów pokazano na przykładzie konfiguracji cis i trans 1,2-dimetylocykloheksanu. Chociaż konfiguracje cis są cząsteczkami chiralnymi (nienakładającymi się na siebie odbiciami lustrzanymi) z enancjomerami jako potencjalnymi odrębnymi stereoizomerami, szybkie odwracanie pierścienia w temperaturze pokojowej sprawia, że te konfiguracje są wzajemnie przekształcalne i nierozłączne. W związku z tym reprezentują one konformacje tej samej cząsteczki. Z drugiej strony izomery trans są cząsteczkami chiralnymi, których nie można nałożyć na siebie w wyniku rotacji cząsteczki lub odwrócenia pierścienia i istnieją jako unikalne związki. Świadczy to o obecności trzech stereoizomerów dla wybranego przykładu – izomeru cis i pary enancjomerów trans.

Wyjaśniono to dalej, stosując inną strukturę pierścieniową z różnicą pozycji podstawienia: 1,3-dimetylocykloheksan. Konfiguracja cis jest achiralna ze względu na molekularną płaszczyznę symetrii. W konsekwencji układ z dwoma centrami chiralnymi wykazuje trzy stereoizomery - dwa nieulegające zamianie enancjomery trans i achiralną konfigurację cis. Zasadniczo, gdy oceniana jest struktura pierścienia, dwa aspekty, które należy zbadać, to przerzucanie pierścienia i płaszczyzna symetrii w celu określenia możliwej liczby stereoizomerów.