Διαμορφώσεις καρέκλας

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο που σας έφερε η ομάδα ChemTalk, θα μάθετε για τις διαμορφώσεις της καρέκλας. Πιο συγκεκριμένα, θα μάθετε πώς να μετατρέπετε δομές 2D κυκλοεξανίου σε διαμορφώσεις 3D καρέκλας, να προσδιορίζετε τη σταθερότητα της διαμόρφωσης και να συμπληρώνετε μια ανατροπή καρέκλας.

Καλύπτεται σε άλλα άρθρα

• Προβολές Newman
• Προβολές Fischer
• Ονομασία Κυκλοαλκανίων

Τι είναι οι διαμορφώσεις καρέκλας;

Οι διαμορφώσεις καρέκλας είναι οι πιο σταθερές διαμορφώσεις που μπορεί να σχηματίσει το κυκλοεξάνιο. Η βασική δομή φαίνεται παρακάτω. Κάθε σημείο αντιπροσωπεύει άνθρακα. Για να βοηθήσουμε στην οπτικοποίηση, θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο άνθρακας 1 δείχνει προς τα πάνω πάνω από το επίπεδο και ο άνθρακας 4 δείχνει προς τα κάτω κάτω από το επίπεδο. Κάθε άλλος άνθρακας βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο. Επιπλέον, η διαμόρφωση πηδά συνεχώς εμπρός και πίσω μεταξύ των πιο σταθερών μορφών της. Αυτή η εναλλαγή ονομάζεται ανατροπή της καρέκλας και εξηγείται παρακάτω σε αυτό το άρθρο!

Βασική δομή

Για να σχεδιάσετε μια βασική διαμόρφωση καρέκλας, ξεκινήστε σχεδιάζοντας δύο σετ παράλληλων γραμμών και συνδέστε τις όπως φαίνεται παραπάνω. Αφού σχεδιάσετε τη διαμόρφωση της καρέκλας, το επόμενο βήμα είναι να αριθμήσετε τους άνθρακες. Το ωραίο με αυτό είναι ότι δεν έχει σημασία με ποιον τρόπο αριθμείτε τους άνθρακες. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να πάτε αριστερόστροφα ή δεξιόστροφα. Μαζί με την κατεύθυνση, δεν έχει επίσης σημασία από πού ξεκινάτε να μετράτε. Ένας τρόπος για να προχωρήσετε στην αρίθμηση είναι να τοποθετήσετε τον αριθμό άνθρακα 1 στην επάνω δεξιά γωνία. Στη συνέχεια, τοποθετήστε τον αριθμό άνθρακα 4 στο κάτω αριστερό σημείο. Το πιο σημαντικό εδώ είναι ότι θα πρέπει να τοποθετήσετε τους υποκαταστάτες στον ίδιο άνθρακα με τον οποίο συνδέονται στο κυκλοεξάνιο. Αυτό σημαίνει ότι εάν έχετε μεθύλιο στον άνθρακα 4, θα πρέπει να τοποθετήσετε την ίδια ομάδα μεθυλίου στον άνθρακα με την ένδειξη 4.

Αξονικοί και Ισημερινοί δεσμοί

Οι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα που αποτελούν μέρος του κυκλοεξανίου σχεδιάζονται ως μέρος της βασικής δομής της καρέκλας. Εκτός από αυτούς, υπάρχουν δύο τύποι δεσμών που χρησιμοποιούμε σε διαμορφώσεις καρέκλας:αξονικοί και ισημερινοί. Αυτοί οι δεσμοί συνδέονται με υδρογόνα, λειτουργικές ομάδες και άλλους υποκαταστάτες. Στο παραπάνω σχήμα, οι αξονικοί δεσμοί είναι τοποθετημένοι κάθετα (ευθεία) στη δομή και φαίνονται με κόκκινο χρώμα. Εν τω μεταξύ, οι ισημερινοί δεσμοί στέκονται λοξοί και εμφανίζονται με μπλε χρώμα. Όταν σχεδιάζετε διαμορφώσεις καρέκλας, ο τύπος του δεσμού εναλλάσσεται. Εάν ο άνθρακας ένα είναι αξονικός, τότε ο άνθρακας δύο είναι ισημερινός.

Stability and Ring Flips

Ορισμένες διαμορφώσεις καρέκλας είναι πιο σταθερές από τις άλλες και επομένως προτιμώνται. Ένας βασικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της σταθερότητας είναι ο υπολογισμός της 1,3-διαξονικής καταπόνησης. Αυτός είναι ένας τύπος στερεοχημικής αλληλεπίδρασης που συμβαίνει όταν ογκώδη προσαρτήματα βρίσκονται σε αξονικούς δεσμούς. Για να υπολογίσετε την 1,3-διαξονική τάση, πρέπει να προσθέσετε τις ενέργειες παραμόρφωσης των υποκαταστατών που βρίσκονται στους αξονικούς δεσμούς. Μπορείτε να βρείτε ενέργειες καταπόνησης για μια ποικιλία διαφορετικών υποκαταστατών στον παρακάτω πίνακα.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, προτιμούμε μεγαλύτερους υποκαταστάτες να βρίσκονται σε ισημερινούς δεσμούς. Αυτό μειώνει την ενέργεια καταπόνησης. Για να περιστρέψουμε τους υποκαταστάτες σε διαφορετικούς δεσμούς, πρέπει να ολοκληρώσουμε μια αναστροφή δακτυλίου. Τα κτυπήματα δαχτυλιδιών είναι εύκολα και περιλαμβάνουν 3 βασικά βήματα:

1. Σχεδιάστε μια άλλη δομή καρέκλας αλλά αντίστροφα.
2. Μετατοπίστε την αρίθμηση δεξιόστροφα κατά μία.
3. Γράψτε τους υποκαταστάτες στα νέα τους σημεία. Υπολογίστε την τάση του δακτυλίου και συγκρίνετε την με την πρώτη καρέκλα.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Στειρικό εμπόδιο
• Υπολογισμός μοριακής μάζας
• Το πείραμα Millikan Oil Drop