Chimica organica per il liceo/Cicloalcani

Approfondimenti sulle conformazioni.

Introduzione

I cicloalcani, una classe fondamentale di composti organici, possiedono caratteristiche strutturali intriganti che li distinguono nel campo della chimica organica. A differenza delle loro controparti lineari, i cicloalcani formano strutture ad anello chiuso composte interamente da atomi di carbonio, legati tra loro in modo ciclico. Questa geometria unica dà origine a diversi fenomeni stereochimici, che influenzano le proprietà e la reattività di questi composti.

In questo capitolo, approfondiamo il mondo dei cicloalcani la loro stereochimica. La stereochimica esamina la disposizione spaziale degli atomi all'interno delle molecole e il suo impatto sul loro comportamento. Per i cicloalcani, la stereochimica diventa particolarmente affascinante a causa dei vincoli imposti dalla struttura ciclica, che porta a particolari isomerismi strutturali e dinamiche conformazionali.

Nomenclatura

Molti composti organici presenti in natura contengono anelli di atomi di carbonio. Questi composti sono noti come cicloalcani. I cicloalcani contengono solo legami carbonio-idrogeno e legami singoli carbonio-carbonio. Gli esempi più semplici di questa classe sono costituiti da un singolo anello di carbonio non sostituito, e questi formano una serie omologa simile alla serie non ramificata.

Come gli alcani, le molecole di cicloalcano sono spesso rappresentate come strutture scheletriche in cui si presume che ogni intersezione tra due linee abbia un atomo di carbonio con il corrispondente numero di atomi di idrogeno. Il cicloesano, uno dei cicloalcani più comuni, è mostrato di seguito come esempio.

= =

Gli idrocarburi ciclici hanno il prefisso "ciclo-". I nomi IUPAC, le formule molecolari e le strutture scheletriche dei cicloalcani con un numero di atomi di carbonio compreso tra 3 e 10 sono riportati nella tabella.

Cicloalcani	Formula molecolare	Struttura scheletrica	Cicloalcani	Formula molecolare	Struttura scheletrica
Ciclopropano	C3H6		Cicloeptano	C7H14
Ciclobutano	C4H8		Cicloottano	C8H16
Ciclopentano	C5H10		Ciclononano	C9H18
Cicloesano	C6H12		Ciclodecano	C10H20

La formula generale per un cicloalcano composto da n atomi di carbonio è C_nH_2n e non C_nH_2n+2 come per gli alcani. Sebbene un cicloalcano abbia due atomi di idrogeno in meno rispetto all'alcano equivalente, ogni atomo di carbonio è legato ad altri quattro atomi, quindi sono comunque considerati saturi di idrogeno.

Regole della nomenclatura IUPAC per i cicloalcani sostituiti

La denominazione dei cicloalcani sostituiti segue gli stessi passaggi di base utilizzati per la denominazione degli alcani.

1. Determinare la catena principale
2. Numerare i sostituenti dell'anello a partire da un sostituente in modo che il sostituente più vicino abbia il numero più basso possibile. Se sono presenti più scelte che rimangono invariate, passare al sostituente successivo e assegnargli il numero più basso possibile
3. Nominare i sostituenti e ordinarli alfabeticamente

Di seguito sono riportate regole più specifiche per la denominazione dei cicloalcani sostituiti con esempi.

• Determinare il cicloalcano da utilizzare come catena principale. Se è presente una catena alchilica lineare con un numero di atomi di carbonio maggiore rispetto al cicloalcano, la catena alchilica deve essere utilizzata come catena principale primaria. I sostituenti dei cicloalcani terminano con "-ile". Se nella molecola sono presenti due cicloalcani, utilizzare come genitore il cicloalcano con il numero più alto di atomi di carbonio.

Esempio:

La catena lineare più lunga contiene 10 atomi di carbonio, rispetto al ciclopropano, che ne contiene solo 3. La catena principale di questa molecola è il decano e il ciclopropano è un sostituente. Il nome di questa molecola è 3-ciclopropil-6-metildecano.

Esempio:

Questa molecola contiene due diversi cicloalcani. Poiché contiene più atomi di carbonio, l'anello ciclopentanico verrà chiamato catena principale. L'anello più piccolo, il ciclobutano, verrà chiamato sostituente sulla catena principale. Il nome di questa molecola è ciclobutilciclopentano.

• Quando sull'anello è presente un solo sostituente, il carbonio dell'anello legato al sostituente è automaticamente il carbonio #1. L'indicazione del numero del carbonio con il sostituente nel nome è facoltativa.

Esempio

1-clorociclobutano o clorociclobutano	1-propilcicloesano o propilcicloesano

• Se sull'anello sono presenti più sostituenti, numerare gli atomi di carbonio del cicloalcano in modo che gli atomi di carbonio con sostituenti abbiano il numero più basso possibile. Un atomo di carbonio con più sostituenti dovrebbe avere un numero inferiore rispetto a un atomo di carbonio con un solo sostituente o gruppo funzionale. Un modo per assicurarsi che venga assegnato il numero più basso possibile è numerare gli atomi di carbonio in modo che, sommando i numeri corrispondenti ai sostituenti, la loro somma sia la più bassa possibile.
• Quando si nomina il cicloalcano, i sostituenti devono essere disposti in ordine alfabetico. Si ricorda che i prefissi di-, tri-, ecc. non vengono utilizzati per l'alfabetizzazione.

Esempio

In questo esempio, l'etile o il sussistente metile potrebbero essere legati al carbonio 1. Al gruppo etile viene assegnato il carbonio 1 perché l'etile precede il metile in ordine alfabetico. Dopo l'assegnazione del carbonio 1, l'anello cicloesano può essere numerato in senso orario o antiorario. Osservando i numeri prodotti, procedendo in senso orario si ottengono numeri di primo sostituente inferiori (1,3) rispetto a quelli ottenuti numerando in senso antiorario (1,5). Pertanto, il nome corretto è 1-etil-3-metilcicloesano.

Esempio

Assegna un nome alla seguente struttura utilizzando le regole IUPAC.

Soluzione

Ricordate che quando si ha a che fare con cicloalcani con più di due sostituenti, trovare la numerazione del secondo sostituente più bassa possibile ha la precedenza. Considerate un sistema di numerazione in cui ogni punto di attacco dei sostituenti corrisponde al carbonio 1. Confrontateli e quello che produce la differenza più bassa sarà corretto.

La prima struttura avrebbe 1,4 per la relazione tra i primi due gruppi. La struttura successiva avrebbe 1,3. Le ultime due strutture hanno entrambe 1,2, quindi sono preferibili alle prime due. Ora dobbiamo determinare quale sia migliore tra le due strutture finali. Il terzo sostituente sulla struttura 3 sarebbe in posizione 5, portando a 1,2,5, mentre nella struttura finale il terzo gruppo metilico è sul carbonio 4, portando a 1,2,4. Questo segue la regola di assegnare i numeri più bassi al primo punto di differenza.

Il nome corretto della molecola è 4-bromo-1,2-dimetilcicloesano.

Esempio

2- bromo -1- cloro -3- m etilciclopentano

Si noti che la "b" di bromo precede alfabeticamente la "m" di metile. Inoltre, si noti che al punto di attacco del cloro viene assegnato il carbonio 1 perché viene prima in ordine alfabetico e la somma totale dei numeri sarebbe la stessa se al carbonio di attacco del metile fosse assegnato il numero 1 e a quello del cloro il numero 3.

Esempio

(2-bromo-1,1-dimetilcicloesano)

Sebbene "di" preceda alfabeticamente "f", "di" non viene utilizzato per determinare l'ordine alfabetico.

Esempio

2- fluoro-1,1,-di metilcicloesano NON 1,1-dimetil-2-fluorocicloesano anche 2- fluoro-1,1,-di metilcicloesano NON 1-fluoro-2,2-dimetilcicloesano (poiché ciò darebbe un numero maggiore al primo punto di differenza)

Sebbene "di" preceda alfabeticamente "f", "di" non viene utilizzato per determinare l'ordine alfabetico dei sostituenti. Si noti che al punto di attacco dei due gruppi metilici viene assegnato il carbonio 1 nonostante il fluoro sia il primo in ordine alfabetico. Questo perché questa assegnazione consente una numerazione complessiva inferiore dei sostituenti, quindi l'assegnazione della priorità alfabetica non è necessaria.

Composti policiclici

Gli idrocarburi con più di un anello sono comuni e sono chiamati composti biciclici (due anelli), triciclici (tre anelli) e, in generale, policiclici. Le formule molecolari di tali composti presentano rapporti H/C che diminuiscono con il numero di anelli. In generale, per un idrocarburo composto da atomi di carbonio associati ad anelli la formula è: La relazione strutturale degli anelli in un composto policiclico può variare. Possono essere separati e indipendenti, oppure condividere uno o due atomi comuni. Alcuni esempi di queste possibili configurazioni sono mostrati nella tabella seguente.

Esempi di bicicloalcani isomerici

Anelli isolati	Anelli Spiro	Anelli fusi	Anelli a ponte
Nessun atomo comune	Un atomo comune	Un legame comune	Due atomi comuni

Colesterolo (policiclico)

I composti policiclici, come il colesterolo mostrato di seguito, sono biologicamente importanti e in genere hanno nomi comuni accettati dalla IUPAC. Tuttavia, i nomi comuni generalmente non seguono le regole di nomenclatura IUPAC di base e non saranno trattati in questa sede.

Esercizio

Fornire i nomi IUPAC per le seguenti strutture cicloalcane.

Risposta

1. 1,3-dimetilcicloesano
2. 2-ciclopropilbutano
3. 1-etil-3-metilcicloottano
4. 1-bromo-3-metilciclobutano
5. 1,2,4-trietilcicloeptano
6. 1-cloro-2,4-dimetilciclopentano

Esercizio

Disegna le strutture per i nomi IUPAC qui sotto.

1. 2,3-diciclopropilpentano
2. 1,2,3-trietilciclopentano
3. 3-ciclobutil-2-metilesano
4. 2-bromo-1-cloro-4-metilcicloesano
5. 1-bromo-5-propilciclododecano

Risposta

Isomeria cis-trans nei cicloalcani

I cicloalcani sono simili agli alcani a catena aperta sotto molti aspetti. Entrambi tendono ad essere non polari e relativamente inerti. Una differenza importante è che i cicloalcani hanno molta meno libertà di movimento rispetto agli alcani a catena aperta. Gli alcani a catena aperta sono in grado di ruotare attorno ai loro legami sigma carbonio-carbonio. Le strutture ad anello dei cicloalcani impediscono tale rotazione libera, rendendoli più rigidi e in qualche modo planari.

I cicloalcani diadotti sono una classe di molecole che mostrano isomerismo stereochimico di tipo cis/trans. Il 1,2-dibromociclopentano può esistere come due diversi stereoisomeri: il cis-1,2-dibromociclopentano e il trans-1,2-dibromociclopentano. Gli stereoisomeri cis-1,2-dibromociclopentano e trans-1,2-dibromociclopentano del 1,2-dibromociclopentano sono mostrati di seguito. Entrambe le molecole hanno la stessa formula molecolare e la stessa connettività degli atomi. Esse differiscono solo nell'orientamento spaziale relativo dei due atomi di bromo sull'anello. Nel cis-1,2-dibromociclopentano, entrambi gli atomi di bromo si trovano sulla stessa "faccia" dell'anello di ciclopentano, mentre nel trans-1,2-dibromociclopentano, i due atomi di bromo si trovano su facce opposte dell'anello. Gli stereoisomeri richiedono che venga aggiunto un prefisso di nomenclatura aggiuntivo al nome IUPAC per indicare il loro orientamento spaziale. Gli stereoisomeri dei cicloalcani diadotti sono designati dai prefissi di nomenclatura cis (dal latino, che significa "da questa parte") e trans (dal latino, che significa "attraverso").

Rappresentazione di strutture 3D

Per convenzione, i chimici utilizzano legami pesanti a forma di cuneo per indicare un sostituente situato sopra il piano dell'anello (che sporge dalla pagina), una linea tratteggiata per i legami con atomi o gruppi situati sotto l'anello (che vanno indietro nella pagina), e linee solide per i legami nel piano della pagina.

In generale, se due atomi di carbonio sp³ in un anello hanno due gruppi sostituenti diversi (escludendo gli altri atomi dell'anello), è possibile l'isomerismo stereochimico cis/trans. Tuttavia, le designazioni cis/trans non vengono utilizzate se entrambi i gruppi sono sullo stesso carbonio. Ad esempio, il cloro e il gruppo metile si trovano sullo stesso carbonio nel 1-cloro-1-metilcicloesano, e quindi non dovrebbe essere usato il prefisso trans.

Se più di due atomi di carbonio dell'anello hanno sostituenti, la notazione stereochimica che distingue i vari isomeri diventa più complessa e i prefissi cis e trans non possono essere usati per nominare formalmente la molecola. Tuttavia, la relazione tra due sostituenti qualsiasi può essere descritta informalmente utilizzando cis o trans. Ad esempio, nel cicloesano trisostituito sottostante, il gruppo metile è cis rispetto al gruppo etile e anche trans rispetto al cloro. Tuttavia, l'intera molecola non può essere designata come isomero cis o trans. Le sezioni successive descriveranno come nominare queste molecole più complesse.

Esempio

Nomina i seguenti cicloalcani:

Soluzione:

Questi due esempi rappresentano i due modi principali di mostrare l'orientamento spaziale nei cicloalcani.

Nell'esempio "a", il cicloalcano è mostrato come se fosse piatto e nel piano della pagina. La posizione dei sostituenti è indicata usando legami a cuneo e a tratteggio. La posizione cis/trans può essere determinata osservando il tipo di legame associato ai sostituenti. Se i sostituenti si trovano entrambi dallo stesso lato dell'anello (cis), avranno entrambi legami a cuneo o legami a tratteggio. Se i sostituenti sono su lati opposti dell'anello (trans), uno avrà un legame a cuneo e l'altro un legame a tratteggio. Poiché entrambi i sostituenti bromo hanno un legame a cuneo, si trovano sullo stesso lato dell'anello e sono cis. Il nome di questa molecola è cis-1,4-Dibromocicloesano.

Nell'esempio "b", il cicloalcano è mostrato con l'anello approssimativamente perpendicolare al piano della pagina. Quando viene fatto così, viene definita la faccia superiore e inferiore dell'anello, e ogni carbonio nell'anello avrà un legame sulla faccia superiore e un legame sulla faccia inferiore. I sostituenti cis si troveranno entrambi sulla faccia superiore o entrambi sulla faccia inferiore. I sostituenti trans avranno uno sulla faccia superiore e l'altro sulla faccia inferiore. Nell'esempio "b", uno dei gruppi metile si trova sulla faccia superiore dell'anello e l'altro sulla faccia inferiore, il che li rende trans tra di loro. Il nome di questa molecola è trans-1,2-Dimetilciclopropano.

Esercizio 1

Disegna le seguenti molecole:

1. trans -1,3-dimetilcicloesano
2. trans- 1,2-dibromociclopentano
3. cis -1,3-diclorociclobutano

Risposta

Esercizio 2

La nomenclatura Cis/Trans può essere utilizzata per descrivere il posizionamento relativo dei sostituenti su molecole con strutture ad anello più complesse. Qui sotto è rappresentato il testosterone, il principale ormone sessuale maschile. L'OH e il gruppo metilico adiacente sono cis o trans tra loro? Cosa puoi dedurre dalle posizioni relative degli idrogeni indicati?

Risposta

Sia l'OH che il gruppo metilico presentano legami a cuneo. Ciò implica che si trovino entrambi dallo stesso lato dell'anello del testosterone, rendendoli cis. Due degli idrogeni presentano legami tratteggiati, mentre uno ha un legame a cuneo. Ciò significa che due degli idrogeni si trovano da un lato dell'anello del testosterone, mentre uno si trova dall'altro.

Esercizio 3

Nomina i seguenti composti:

Risposta

Cis -1-bromo-3-clorociclobutano

Trans -1,4-dimetilcicloottano

Trans -1-bromo-3-etilciclopentano

Esercizio 4

Disegna le seguenti molecole:

1. trans -1,3-dimetilcicloesano
2. trans- 1,2-dibromociclopentano
3. cis -1,3 -diclorociclobutano

Risposta

Stabilità dei cicloalcani - Tensione dell'anello

Calore di combustione come misura di forza del legame

La combustione dei composti del carbonio, in particolare degli idrocarburi, è stata la più importante fonte di energia termica per le civiltà umane nel corso della storia documentata. L'importanza pratica di questa reazione non può essere negata, ma i massicci e incontrollati cambiamenti chimici che avvengono nella combustione rendono difficile dedurne i meccanismi. Usando la combustione del propano come esempio, dalla seguente equazione vediamo che ogni legame covalente nei reagenti è stato rotto e un insieme completamente nuovo di legami covalenti si è formato nei prodotti. Nessun'altra reazione comune comporta un cambiamento così profondo e pervasivo, e il meccanismo della combustione è così complesso che i chimici stanno appena iniziando a esplorarne e comprenderne alcune caratteristiche elementari.

CH₃CH₂CH₃+ 5O₂⟶3CO₂+ 4H₂O+Calore

Poiché tutti i legami covalenti nelle molecole dei reagenti sono rotti, la quantità di calore sviluppata in questa reazione, e in qualsiasi altra reazione di combustione, è correlata alla forza di questi legami (e, naturalmente, alla forza dei legami formati nei prodotti).

Le misurazioni possono fornire informazioni utili sulla struttura delle molecole e sulla loro relativa stabilità.

Per esempio, il calore di combustione è utile per determinare la stabilità relativa di isomeri. Ad esempio, il pentano ha un calore di combustione di -782 kcal/mol, mentre quella del suo isomero, il 2,2-dimetilpropano (neopentano), è di -777 kcal/mol. Questi valori indicano che il 2,3-dimetilpentano è 5 kcal/mol più stabile del pentano, poiché ha un calore di combustione più basso.

Tensione dell'anello

La tavola elenca i calori di combustione dati per alcuni cicloalcani semplici. Questi cicloalcani non hanno la stessa formula molecolare, quindi il calore di combustione per ogni unità CH₂ presente in ogni molecola viene calcolato (la quarta colonna) per fornire un confronto utile. Dai dati, il ciclopropano e il ciclobutano hanno calori di combustione per CH₂ significativamente più elevati , mentre il cicloesano ha il più basso calore di combustione.

Ciò indica che il cicloesano è più stabile del ciclopropano e del ciclobutano e, in effetti, che il cicloesano ha la stessa stabilità relativa della catena lunga di alcani che non sono ciclici. Questa differenza di stabilità è osservabile in natura, dove gli anelli a sei elementi sono di gran lunga i più comuni. Cosa causa la differenza di stabilità o la tensione nei piccoli cicloalcani?

Cicloalcano (CA 2 ) n	CH 2 Unità n	ΔH 25 º kcal/mol	ΔH 25 º per unità CH 2	Tensione ad anello kcal/mol
Ciclopropano	n = 3	468.7	156.2	27.6
Ciclobutano	n = 4	614.3	153,6	26.4
Ciclopentano	n = 5	741.5	148.3	6.5
Cicloesano	n = 6	882.1	147.0	0.0
Cicloeptano	n = 7	1035.4	147,9	6.3
Cicloottano	n = 8	1186.0	148.2	9.6
Ciclononano	n = 9	1335.0	148.3	11.7
Ciclodecano	n = 10	1481	148.1	11.0
CH 3 (CH 2 ) m CH 3	m = grande	—	147.0	0.0

La teoria di Bayer sullo sforzo negli anelli di cicloalcani

Nel 1890, il famoso chimico organico tedesco A. Baeyer suggerì che il ciclopropano e il ciclobutano fossero meno stabili del cicloesano, perché gli anelli più piccoli erano più "tensionati". Esistono molti tipi diversi di tensione che contribuiscono alla tensione d'anello complessiva nei cicloalcani, tra cui la deformazione angolare, sforzo torsionale, e la deformazione sterica.

Lo sforzo torsionale e la deformazione sterica sono stati precedentemente definiti nella discussione di conformazioni di butano.

Struttura del ciclopropano

La deformazione angolare si verifica quando i carboni ibridati sp³ nei cicloalcani non hanno l'ideale previsto angolo di legame di 109,5°, causando un aumento dell'energia potenziale. Un esempio di deformazione angolare può essere visto nel diagramma del ciclopropano qui sotto in cui l'angolo di legame è di 60° tra i carboni. Gli angoli di legame compressi causano una scarsa sovrapposizione degli orbitali ibridi che formano i legami sigma carbonio-carbonio, il che a sua volta crea destabilizzazione.

Conformazioni dei cicloalcani (sintesi)

A differenza delle loro rappresentazioni poligonali, i cicloalcani (ad eccezione del ciclopropano) non sono planari. Essi adottano conformazioni tridimensionali per minimizzare la tensione d'anello, che deriva principalmente da due fattori:

• Tensione angolare: la deviazione degli angoli di legame dall'angolo tetraedrico ideale di 109,5°.
• Tensione torsionale: l'eclissamento dei legami su atomi di carbonio adiacenti.

Nei sistemi ciclici, la rotazione attorno ai legami C-C è limitata, portando a conformazioni più definite rispetto alle catene aperte.

Ciclopropano (C₃H₆)

L'anello a tre membri è obbligatoriamente planare. Questa geometria impone severe tensioni:

• Tensione angolare estrema: gli angoli di legame sono di 60°, una deviazione enorme rispetto ai 109,5° ideali. Ciò indebolisce i legami C-C, che sono descritti come "legami a banana" a causa della sovrapposizione orbitale incurvata e meno efficiente.
• Tensione torsionale massima: tutti i legami C-H adiacenti sono in una conformazione perfettamente eclissata.

La combinazione di queste tensioni rende il ciclopropano una molecola ad alta energia e molto reattiva.

Ciclobutano (C₄H₈)

Per alleviare la forte tensione torsionale che avrebbe se fosse planare, il ciclobutano adotta una conformazione piegata o "a farfalla".

• Questa forma riduce l'eclissamento tra gli idrogeni adiacenti.
• Il compromesso è un lieve aumento della tensione angolare, con angoli di legame di circa 88°.

Nonostante la piegatura, la tensione d'anello complessiva del ciclobutano rimane elevata (110 kJ/mol), sebbene leggermente inferiore a quella del ciclopropano.

Ciclopentano (C₅H₁₀)

Conformazione "a busta" del ciclopentano.

Un ciclopentano planare avrebbe una tensione angolare quasi nulla (angoli di 108°), ma una tensione torsionale molto elevata. Per minimizzare quest'ultima, adotta una conformazione non planare nota come "a busta".

• In questa forma, quattro atomi di carbonio giacciono su un piano, mentre il quinto è ripiegato fuori dal piano.
• Questa conformazione permette alla maggior parte dei legami C-H di assumere una disposizione quasi sfalsata, riducendo drasticamente la tensione torsionale.

La tensione d'anello totale nel ciclopentano è molto più bassa (26 kJ/mol) rispetto agli anelli più piccoli, rendendolo molto più stabile.

Rilevanza in natura

L'elevata reattività degli anelli a tre e quattro membri, dovuta alla loro tensione, è un principio chiave nell'azione di alcuni farmaci. Ad esempio, l'efficacia di antibiotici come la penicillina (che contiene un anello di ciclobutano) e la fosfomicina (un anello di ciclopropano) deriva dalla facilità con cui questi anelli tesi possono aprirsi.

Gli anelli a cinque membri sono invece molto comuni e stabili nelle biomolecole. Un esempio fondamentale è lo zucchero ribosio, la cui struttura a busta costituisce l'ossatura del DNA e dell'RNA.

Conformazione a busta del ribosio.

Conformazione del cicloesano (sintesi)

Il cicloesano è il cicloalcano più stabile e comune in natura. A differenza degli anelli più piccoli, la sua flessibilità gli permette di adottare conformazioni tridimensionali che eliminano quasi completamente la tensione d'anello. Una struttura planare, con angoli di 120° e legami totalmente eclissati, sarebbe estremamente instabile e non esiste in pratica.

Le principali conformazioni del cicloesano, in ordine crescente di stabilità (e decrescente di energia), sono: mezza-sedia, barca, barca a torsione e sedia.

La Conformazione a Sedia: Massima Stabilità

La conformazione a sedia è la forma più stabile del cicloesano, praticamente priva di tensione d'anello.

• Nessuna tensione angolare: Tutti gli angoli di legame C-C sono di circa 111°, molto vicini all'angolo tetraedrico ideale di 109,5°.
• Nessuna tensione torsionale: Tutti i legami C-H lungo l'anello sono perfettamente sfalsati, come si può vedere dalla proiezione di Newman.

Come disegnare la conformazione a sedia

Altre Conformazioni a Energia Superiore

Sebbene il cicloesano esista quasi esclusivamente nella forma a sedia, può passare attraverso altre conformazioni meno stabili.

• Conformazione a Barca: È circa 30 kJ/mol meno stabile della sedia. Soffre di due problemi:
  • Tensione sterica: tra gli idrogeni "a bandiera" (flagpole hydrogens) che puntano l'uno verso l'altro.
  • Tensione torsionale: a causa dei legami eclissati alla base della "barca".

• Conformazione a Barca a Torsione (Twist-Boat): Una torsione della conformazione a barca allevia parzialmente le tensioni steriche e torsionali, rendendola più stabile della barca (ma ancora ~23 kJ/mol meno stabile della sedia).

• Conformazione a Mezza-Sedia: È la conformazione a più alta energia (~45 kJ/mol sopra la sedia) e rappresenta lo stato di transizione durante l'interconversione tra le altre forme.

Interconversione Conformazionale ("Ring Flip")

A temperatura ambiente, il cicloesano è in un equilibrio dinamico e rapidissimo, interconvertendosi tra due conformazioni a sedia identiche in un processo chiamato "ring flip" (o inversione d'anello).

Durante questo processo, l'anello passa attraverso le conformazioni a energia superiore (barca a torsione, barca e mezza-sedia). Tuttavia, la barriera energetica è bassa e la profonda stabilità della conformazione a sedia fa sì che, in qualsiasi momento, oltre il 99,9% delle molecole di cicloesano si trovi in questa forma.

Il diagramma energetico seguente riassume le energie relative di tutte le conformazioni e degli stati di transizione.

Fonti

LibreTexts Chemistry: Organic Chemistry (Morsch et al.) - Organic Compounds - Cycloalkanes and their Stereochemistry