Le cyclohexane est un prototype de retournement de cycle dégénéré à faible énergie. La » chaise » est la conformation fortement préférée. Deux signaux RMN 1H devraient en principe être observés, correspondant aux protons axiaux et équatoriaux. Cependant, en raison du retournement de la chaise du cyclohexane, un seul signal est observé pour une solution de cyclohexane à température ambiante, car les protons axiaux et équatoriaux s’intervertissent rapidement par rapport à l’échelle de temps RMN. La température de coalescence à 60 MHz est d’environ -60 °C.
Les mouvements moléculaires impliqués dans un retournement de chaise sont détaillés dans la figure de droite : La conformation demi-chaise (D, 10,8 kcal/mol, symétrie C2) est le maximum d’énergie lorsqu’on passe du conformère chaise (A, référence 0 kcal/mol, symétrie D3d) au conformère bateau-torsade (B, 5,5 kcal/mol, symétrie D2) de plus haute énergie. La conformation bateau (C, 6,9 kcal/mol, symétrie C2v) est un maximum d’énergie local pour l’interconversion des deux conformères bateau-torsadé en image miroir, dont le second est converti en l’autre confirmation chaise par une autre demi-chaise. À la fin du processus, toutes les positions axiales sont devenues équatoriales et vice versa. La barrière globale de 10,8 kcal/mol correspond à une constante de vitesse d’environ 105 s-1 à température ambiante.
Notez que le conformère twist-boat (D2) et l’état de transition half-chair (C2) sont dans des groupes ponctuels chiraux et sont donc des molécules chirales. Sur la figure, les deux représentations de B et les deux représentations de D sont des paires d’énantiomères.
En conséquence du retournement de la chaise, les conformères substitués axialement et équatorialement d’une molécule comme le chlorocyclohexane ne peuvent être isolés à température ambiante. Cependant, dans certains cas, l’isolement de conformères individuels de dérivés substitués du cyclohexane a été réalisé à basse température (-150 °C).