3.12 : 치환된 시클로헥산의 안정성

평형에서 사이클로헥산의 두 의자 순응은 동일한 에너지와 불안정을 가지고 있으며, 각 원포는 평형 혼합물의 약 50 %를 나타냅니다.

수소 원자를 알킬 그룹으로 교체하면 두 개의 적합성이 정력적으로 비등합니다.

예를 들어, 메틸시클로헥산에서 CH₃ 그룹은 하나의 의자 형태와 다른 사람의 적도 위치에서 축 위치를 차지합니다.

축 형성은 적도 형성에 비해 약 7.6 kJ mol^-1의 높은 에너지를 가지고, 후자를 더 안정적으로.

따라서, 적도 형성은 평형 혼합물의 약 95%를 포함한다. 문제는 에너지와 안정성의 이러한 변화의 이유는 무엇인가?

연구에 따르면 축 형성에서 메틸 수소는 링의 동일한 쪽에 두 개의 병렬 및 밀접하게 배치된 축 수소를 가진 반발 분산 상호 작용을 경험합니다.

C1과 C3 또는 C5에 있는 단 사이 이 불리한 steric 긴장은 1,3-diaxial 상호 작용이라고 합니다, 이는 gauche 상호 작용입니다.

각 고슈 상호 작용은 약 3.8 kJ의 추가 에너지를 기여합니다.

이러한 고슈 상호 작용은 메틸 그룹이 C3 및 C5에 반대로 배치되기 때문에 적도 형성에 결석한다. 따라서, 메틸 사이클로헥산의 분자는 주로 낮은 에너지, 더 안정적인 적도 형태를 채택한다.

단조로대체 사이클로알케인에서는 대체체의 크기가 증가함에 따라 1,3-투이질 상호 작용이 강해져 두 적합성 간의 에너지 차이가 더욱 두드러집니다.

이것은 대체가 tert-butyl단일 때 특히 분명합니다. 저에너지 적도 형성은 축 형성보다 훨씬 더 안정적이며 99 %가 풍부합니다.

디메틸 사이클로헥산과 같이 대체된 사이클클로알카네인에서는 메틸 그룹 간의 비질 반발이 증가하여 분자의 축 형성 확률을 더욱 감소시킵니다.