Volteo de anillos

El ciclohexano es un prototipo de volteo de anillos degenerados de baja energía. La «silla» es la conformación fuertemente preferida. En principio, deberían observarse dos señales de RMN de 1H, correspondientes a los protones axiales y ecuatoriales. Sin embargo, debido al giro de la silla del ciclohexano, sólo se observa una señal para una solución de ciclohexano a temperatura ambiente, ya que el protón axial y el ecuatorial se interconvierten rápidamente en relación con la escala de tiempo de RMN. La temperatura de coalescencia a 60 MHz es de aproximadamente -60 °C.

Los cambios conformacionales que se producen en un giro del anillo de ciclohexano tienen lugar en varias etapas. La estructura D (10,8 kcal/mol) es el estado de transición de mayor energía del proceso.

Los movimientos moleculares implicados en un giro de silla se detallan en la figura de la derecha: La conformación de media silla (D, 10,8 kcal/mol, simetría C2) es el máximo de energía cuando se pasa del conformador de silla (A, 0 kcal/mol de referencia, simetría D3d) al conformador de barco giratorio de mayor energía (B, 5,5 kcal/mol, simetría D2). La conformación de barco (C, 6,9 kcal/mol, simetría C2v) es un máximo local de energía para la interconversión de los dos conformadores de barco giratorio de imagen especular, el segundo de los cuales se convierte en la otra conformación de silla a través de otra media silla. Al final del proceso, todas las posiciones axiales se han convertido en ecuatoriales y viceversa. La barrera global de 10,8 kcal/mol corresponde a una constante de velocidad de unos 105 s-1 a temperatura ambiente.

Nótese que el conformador twist-boat (D2) y el estado de transición half-chair (C2) se encuentran en grupos puntuales quirales y por lo tanto son moléculas quirales. En la figura, las dos representaciones de B y las dos representaciones de D son pares de enantiómeros.

Como consecuencia del giro de silla, los conformadores axialmente sustituidos y ecuatorialmente sustituidos de una molécula como el clorociclohexano no pueden aislarse a temperatura ambiente. Sin embargo, en algunos casos, el aislamiento de los conformadores individuales de los derivados del ciclohexano sustituido se ha logrado a bajas temperaturas (-150 °C).

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