ما در می یابیم که سیکلوهگزان ها دارای کمترین کرنش زاویه ای هستند و در نتیجه رایج ترین سیکلوآلکان ها هستند که در طبیعت یافت می شوند. طیف گسترده ای از ترکیبات شامل هورمون ها ، داروها و طعم دهنده ها حلقه های سیکلوهگزان را جایگزین کرده اند.
ساختار گوه تستوسترون
تستوسترون ، که شامل سه حلقه سیکلوهگزان و یک حلقه سیکلوپنتان است
حلقه های بزرگتر از سیکلوپنتان اگر مسطح باشند دارای کرنش زاویه ای خواهند بود. با این حال ، این کرنش ، همراه با فشار گرفتگی ذاتی در یک ساختار مسطح ، می تواند با فشار دادن حلقه تسکین یابد. سیکل هگزان مثال خوبی از یک سیستم کربوسیکلیک است که با اتخاذ تطابق های غیر مسطح عملاً گرفتگی و کرنش زاویه را حذف می کند. Cycloheptane و cyclooctane فشار بیشتری نسبت به cyclohexane دارند ، تا حد زیادی به دلیل ازدحام فراقطبی (مانع استریک توسط گروههای طرف مقابل حلقه). سیکلو هگزان امکان شکل دهی چندگانه را دارد که هریک دارای تفاوت ساختاری هستند که منجر به مقادیر مختلف کرنش حلقه می شود.
ساختار مسطح سیکلوهگزان
ساختار مسطح
کرنش شدید زاویه (120 درجه)
فشار شدید گرفتگی (همه پیوندها)
فشار استریک کوچک
ترکیب قایق سیکلوهگزان
ترکیب قایق
کرنش کمی زاویه ای
گرفتگی گرفتگی در دو پیوند
ازدحام استریک دو هیدروژن
ترکیب قایق پیچشی سیکلوهگزان.
پیچ و تاب قایق
کرنش کمی زاویه ای
کرید گرفتگی کوچک
فشار استریک کوچک
ترکیب صندلی سیکلوهگزان
ترکیب صندلی
بدون کرنش زاویه ای
بدون فشار گرفتگی
فشار استریک کوچک
ترکیبات سیکلوهگزان
یک ساختار مسطح برای سیکلوهگزان به وضوح غیرممکن است. زوایای پیوند لزوماً 120 درجه ، 10.5 درجه بزرگتر از زاویه ایده آل چهار ضلعی است. همچنین ، هر پیوند کربن-هیدروژن در چنین ساختاری دچار خسوف می شود. زاویه حاصله و کریدهای گرفتگی این ساختار را به شدت بی ثبات می کند. فشار حلقه ای سیکلوهگزان مسطح بیش از 84 کیلوژول بر مول است ، بنابراین به ندرت به غیر از نظریه مورد بحث قرار می گیرد.
ساختار مولکولی سیکلوهگزان
سیکلو هگزان در پیکربندی مسطح صاف نشان می دهد که چگونه هیدروژن ها گرفتار می شوند.
ترکیب صندلی سیکلو هگزان
انعطاف پذیری سیکلوهگزان اجازه می دهد تا یک ترکیب تقریباً بدون فشار حلقه ایجاد شود. اگر دو اتم کربن در طرف مقابل حلقه شش عضو از صفحه حلقه خم شوند ، شکلی شکل می گیرد که شبیه یک صندلی ساحلی دراز است. این ترکیب صندلی کمترین ترکیب انرژی برای سیکلوهگزان با فشار حلقه کلی 0 کیلوژول بر مول است. در این ترکیب ، پیوندهای حلقه کربن-کربن می توانند زوایای پیوند ~ 111o را فرض کنند که بسیار نزدیک به چهارضلعی مطلوب 109.5o است ، بنابراین کرنش زاویه حذف شده است.
دو نوع صندلی متفاوت از سیکلو هگزان.
همچنین ، پیوندهای حلقه C-H منقبض می شوند بنابراین فشار پیچشی نیز حذف شده است. این امر به وضوح در هنگام مشاهده نیومن بر روی صندلی سیکلو هگزان مشاهده می شود که دو پیوند مرکزی C-C را مشاهده می کند.
پیش بینی نیومن از سیکلوهگزان
عنصر تعاملی
GLmol
ساختار سه بعدی صندلی سیکلو هگزان
نحوه ترسیم ترکیب صندلی
1) دو خط موازی کمی جابجا کنید. 2) یک جفت خط موازی دیگر از انتهای جفت اول بکشید. 3) با مجموعه سوم خطوط موازی وصل شوید. 4) برای کشیدن حلقه معکوس حلقه آن ، فقط اولین جفت خط را با زاویه مخالف شروع کنید.
ترکیب قایق سیکلوهگزان
ترکیب قایق سیکلوهگزان زمانی ایجاد می شود که دو اتم کربن در طرف مقابل حلقه شش عضوی هر دو از سطح حلقه خارج شده و شکلی شبیه به قایق ایجاد کنند. ساختار قایق به دو دلیل عمده کمتر از فرم صندلی است. ترکیب قایق دارای فعل و انفعالات استریکی نامطلوبی بین یک جفت 1،4 هیدروژن (به اصطلاح هیدروژن "قطب پرچم") است که مجبور می شوند بسیار به هم نزدیک شوند (1.83 درجه سانتیگراد). این مانع استریکی یک نیروی دافعه در حدود 12 کیلوژول بر مول ایجاد می کند. یکی دیگر از دلایل انرژی بیشتر ترکیب قایق این است که اتمهای هیدروژن مجاور در "کف قایق" مجبور به موقعیتهای گرفتگی شده می شوند. به این دلایل ، شکل قایق
حدود 30 کیلوژول بر مول نسبت به ترکیب صندلی پایدارتر است.
ساختار قایق سیکلوهگزان (هیدروژنهای تداخل "میله پرچم" با رنگ قرمز نشان داده شده است)
ترکیب پیچ و تاب سیکلوهگزان
فرم قایق کاملاً انعطاف پذیر است و با چرخاندن آن در قسمت پایین ، سازنده پیچ و تاب قایق ایجاد می شود. این ترکیب باعث کاهش کرنش مشخصه سازنده قایق می شود. هیدروژن های پرچم دورتر از یکدیگر حرکت می کنند (کربن هایی که به آنها متصل شده اند در جهت مخالف ، یکی به جلو و دیگری به عقب جابجا می شوند) و هشت هیدروژن در امتداد کناره ها عمدتاً اما کاملاً مبهوت نمی شوند. اگرچه از ساختار قایق پایدارتر است ، اما ساختار پیچ و تاب (گاهی اوقات کج-قایق) تقریباً 23 کیلوژول بر مول نسبت به ترکیب صندلی پایدارتر است.
هیدروژن های پرچم با رنگ قرمز مشخص شده است
ساختار پیچ و تاب از سیکلوهگزان
کاربردهای سیکلوهگزان را در لینک زیر بخوانید
https://bismoot.com/blog/%D8%B3%DB%8C%DA%A9%D9%84%D9%88%D9%87%DA%AF%D8%B2%D8%A7%D9%86/
ترکیب نیمکت سیکلو هگزان
سیکلو هگزان می تواند تا حدی شکل صفحه ای به نام "نیم صندلی" را بدست آورد اما تنها با مقدار زیاد فشار حلقه. شکل نیمکت با گرفتن سیکلوهگزان مسطح و برداشتن یک کربن از صفحه حلقه شکل می گیرد. ترکیب نیمکت دارای اثرات کرنش مشابهی است که توسط سیکلو هگزان کاملاً مسطح پیش بینی شده است. در قسمت مسطح سیکلو هگزان نیم صندلی ، زوایای پیوند C-C به 120 درجه فشار داده می شود که مقدار قابل توجهی از کرنش زاویه را ایجاد می کند. همچنین ، پیوندهای C-H مربوطه به طور کامل گرفتار می شوند که فشار پیچشی ایجاد می کند. کربن خارج از صفحه اجازه می دهد تا برخی از زاویه های پیوند حلقه به 109.5 درجه برسد و برخی از پیوندهای C-H به طور کامل گرفتار نشوند. به طور کلی ، فرم نیم صندلی تقریباً 45 کیلوژول بر مول نسبت به ترکیب صندلی پایدارتر است.
تغییرات شکل در سیکلوهگزان - "حلقه تلنگر"
سیکلو هگزان به سرعت در حال چرخش بین دو سازگار پایدار است که به عنوان ترکیب صندلی شناخته می شود و در آن "تلنگر حلقه" نامیده می شود. اهمیت فلیپ حلقه در قسمت بعدی مورد بحث قرار می گیرد.
"تلنگر حلقه" تعادل سریع حلقه های سیکلوهگزان را بین دو ترکیب صندلی توصیف می کند
اتم های 1 و 6 برجسته می شوند که یکی از آنها به سمت بالا و به سمت پایین می چرخد.
هیدروژن های محوری و استوایی در کربن 1 و کربن 6 برجسته شده اند.
توجه به این نکته ضروری است که یک صندلی بلافاصله به صندلی دیگر تبدیل نمی شود ، بلکه حلقه باید به عنوان گذار از طریق ساختارهای انرژی بالاتر حرکت کند. در دمای اتاق ، سد انرژی ایجاد شده توسط ترکیب نیم صندلی به راحتی برطرف می شود و امکان ایجاد تعادل بین ترکیب دو صندلی به ترتیب 80،000 بار در ثانیه وجود دارد. اگرچه سیکلوهگزان به طور مداوم بین این ترکیبات مختلف در حال تغییر است ، اما پایداری ترکیب صندلی باعث می شود که بیش از 99.9 of از مخلوط تعادل در دمای اتاق را شامل شود.
منبع