Die Chemieseite

Cyclohexan

Cyclohexan kann vier verschiedene Konformere einnehmen. Die energieärmste und damit die stabilste Form ist jedoch die Sesselform. Die Sesselform sieht dabei wie ein Sessel von Oma mit Lehne und Fußteil aus; die eine Ecke des Cyclohexans ist nach oben geklappt, die andere nach unten.

Beim Cyclohexan gibt es eine äquatoriale und eine axiale Stellung der Subsituenten, die statt der H-Atome an dem Molekülring existieren können. Äquatorial meint dabei, dass der Substituent parallel zur Ebene des Moleküls liegt. Axial, dass er senkrecht zur Ebene des Moleküls liegt.

Die Energiedifferenzen der einzelnen Konformere des Cyclohexans sieht wie folgt aus:

Bei Raumtemperatur erfolgt dauernd etwa 100000 Mal pro Sekunde eine Ringinversion des Cyclohexans:

In dem obigen Schaubild finden wir die Kohlenstoffatome der beiden äußeren Ecken mit einem grünen Punkt markiert; die linke Ecke bewegt sich nach oben, die rechte nach unten, was durch die roten Pfeile dargestellt ist. Durch die Ringinversion tauschen die Substituenten ihre Positionen. Aus axialen Substituenten werden dabei äquatoriale und umgekehrt. Die Aktivierungsenergie, die für diese Inversion aufgewendet werden muss, beträgt ca. , was sehr niedrig ist, was heißt, dass schon bei niedrigen Temperaturen eine Inversion stattfindet.

In dem folgenden Schaubild finden sich die einzelnen Konformationen, die nacheinander auftreten, bis das Cyclohexan von der einen Sesselkonformation in die andere Sesselkonformation überführt ist:

Befinden sich Substituenten am Cyclohexanring, so bevorzugen diese eine äquatoriale Position. Bei einer axialen Position würden Wechselwirkungen auftreten, die man als 1,3-diaxiale Wechselwirkungen bezeichnet, welche diese Position beungünstigen. Diese Wechselwirkungen treten zwischen dem Substituenten und dem benachbartem Wasserstoffatom auf. Zählt man die Kohlenstoffatome im Ring durch, so ist der Substituent am ersten Kohlenstoffatom, das benachbarte Wasserstoffatom am dritten. Gibt es mehr als einen Substituenten, so konkurrieren diese miteinander. Je nachdem, welcher von ihnen die ungünstigste axiale Position verursacht, kommt in die äquatoriale Position. Zu bedenken bei der Wechselwirkung ist immer, dass die Wechselwirkung nie vollständig eine axiale Position unterdrückt, sondern nur das Gleichgewicht verschiebt.