Часть II
   На главную I. Теоретические основы II. Углеводороды III. Кислородсодержащие соединения IV. Азотсодержащие соединения V. Высокомолекулярные соединения VI. Решение задач
Часть II. УГЛЕВОДОРОДЫ
 Оглавление (Часть II)
Изомерия циклоалканов
Для циклоалканов характерны как структурная, так и пространственная изомерия.

Структурная изомеpия

1. Изомерия углеродного скелета:

    а) кольца
Изомерия кольца
    б) боковых цепей
Изомерия боковых цепей

2. Изомерия положения заместителей в кольце:

Изомерия положения заместителей

3. Межклассовая изомерия с алкенами:

Изомерия с алкенами

Пространственная изомерия

1. цис-транс-Изомерия, обусловленная различным взаимным расположением в пространстве заместителей относительно плоскости цикла. В цис-изомерах заместители находятся по одну сторону от плоскости кольца, в транс-изомерах – по разные:

Цис-транс изомерия
3D анимацияlarge

2. Оптическая изомерия некоторых ди- (и более) замещенных циклов, в молекулах которых отсутствует плоскость симметрииПлоскость симметрии (зеркальная плоскость) представляет собой воображаемую плоскость, которая проходит через молекулу и делит ее на две зеркально-равные части.. Например, транс-1,2-диметилциклопропан может существовать в виде двух оптических изомеров, относящихся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение.

Оптические изомеры
3D анимацияlarge

А вот цис-изомер 1,2-диметилциклопропанаpic не проявляет оптической изомерии, так как его молекула имеет плоскость симметрии.

3. Поворотная (конформационная) изомерия. Все циклы, кроме циклопропана, имеют неплоское строение, что обусловлено стремлением атомов углерода к образованию нормальных (тетраэдрических) углов между связями. Это достигается поворотами по σ-связям С–С, входящим в цикл. При этом возникают различные конформации (поворотные изомеры) с разной энергией и чаще реализуются те из них, которые обладают наименьшей энергией, то есть более устойчивые. Среди всех циклических структур наименее напряженными являются шестичленные циклы (циклогексан и его производные), в которых существуют весьма устойчивые конформациии с минимальным напряжением.
Взаимные превращения конформаций в циклогексане C6H12 происходят через следующие формы: "кресло"
Форма "кресло"
, "полукресло"
Форма "полукресло"
, "твист"
Форма "твист"
, "ванна"
Форма "ванна"
.

Изменение потенциальной энергии (Еп) при конформационных превращениях циклогексана.
Энергетическая диаграмма

Максимум энергии соответствует наименее устойчивой конформации полукресла, минимальной энергией и наибольшей устойчивостью обладает конформация кресла:

3D модели: а) VRML,  б) Flash
В форме кресла отсутствует угловое напряжение, так как все валентные углы имеют нормальные для sp3-гибридизованных атомов значения 109°28’. Кроме того, каждая пара соседних атомов углерода (фрагмент этана) находится в заторможенной конформации:
Конформация кресло АнимацияЦиклогексан
При комнатной температуре 99,9% молекул циклогексана существует в конформации кресла.