Ring flip

Ciclohexano é um protótipo de anel de baixa energia degenerada. A ‘cadeira’ é a conformação fortemente preferida. Dois sinais de 1H NMR devem ser observados em princípio, correspondendo a prótons axiais e equatoriais. No entanto, devido ao giro da cadeira de cicloexano, apenas um sinal é visto para uma solução de cicloexano à temperatura ambiente, já que o próton axial e equatorial rapidamente se interconvertem em relação à escala de tempo da RMN. A temperatura de coalescência a 60 MHz é ca. -60 °C.

As mudanças conformacionais que ocorrem no flip do anel de ciclohexano ocorrem em vários estágios. A estrutura D (10,8 kcal/mol) é o maior estado de transição de energia do processo.

Os movimentos moleculares envolvidos na inversão de uma cadeira estão detalhados na figura à direita: A conformação de meia cadeira (D, 10,8 kcal/mol, simetria C2) é a energia máxima quando se procede do conformador da cadeira (A, referência 0 kcal/mol, simetria D3d) para o conformador de twist-boat de maior energia (B, 5,5 kcal/mol, simetria D2). A conformação do barco (C, 6,9 kcal/mol, simetria C2v) é uma energia máxima local para a interconversão dos dois espelhos-conformes de torção de imagem, o segundo dos quais é convertido para a outra confirmação de cadeira através de outra meia-cadeira. No final do processo, todas as posições axiais se tornaram equatoriais e vice versa. A barreira total de 10,8 kcal/mol corresponde a uma taxa constante de cerca de 105 s-1 à temperatura ambiente.

Nota que o barco de torção (D2) e o estado de transição da meia-cadeira (C2) estão em grupos de pontos quirais e são, portanto, moléculas quirais. Na figura, as duas representações de B e as duas representações de D são pares de enantiómeros.

Como consequência da mudança da cadeira, os conformadores axialmente substituídos e equatorialmente substituídos de uma molécula como o clorociclohexano não podem ser isolados à temperatura ambiente. No entanto, em alguns casos, o isolamento de conformadores individuais de derivados de ciclohexano substituídos foi alcançado a baixas temperaturas (-150 °C).

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