Cycloalcanes. | Chimie organique 1
Nomenclature des Cycloalcanes.
Conformateurs
Projection de Newman des conformères en éclipse et en échelons de 1,2-dichloroéthane résultant d'une rotation autour de la liaison C-C simple.
Contraintes des cycloalcanes
Contrainte de cycle :
Une instabilité qui existe lorsque les liaisons dans une molécule forment des angles anormaux, l'angle de liaison idéal du carbone hybridé sp3 étant de 109,5o. Cela affecte les structures des petits cycloalcanes et entraîne une augmentation de l'énergie potentielle de ces espèces. Contrainte de cycle = contrainte de torsion + contrainte stérique + contrainte d'angle
- Contrainte de torsion : augmentation de l'énergie causée par les interactions d'éclipse
- Contrainte stérique : augmentation de l'énergie produite lorsque les atomes sont forcés d'être trop proches les uns des autres et essaient d'occuper le même espace
- Contrainte d'angle : augmentation de l'énergie produite lorsque les angles de liaison tétraédriques s'écartent de 109,5° (atomes hybridés sp3). Par exemple, le cyclopropane a des angles de liaison égaux à 60°
Contrainte des cycloalcanes :
Les plus petits cycloalcanes, le cyclopropane et le cyclobutane, sont les plus contraints car ils présentent une contrainte de cycle particulièrement élevée en raison de l'écart de leurs angles de liaison par rapport à 109,5° et de l'éclipse de leurs hydrogènes
Conformations de cyclohexane.
Conformation en chaise :
Une conformation stable adoptée par le cyclohexane. Sa stabilité résulte de l'élimination de la contrainte angulaire (tous les angles des liaisons sont de 109,5 °) et de la contrainte de torsion (tous les groupes sur les atomes de carbone adjacents sont échelonnés, pas éclipsés). Il existe deux conformations en chaise en équilibre à température ambiante, qui sont formées par un processus de retournement de cycle.
Positions axiales et équatoriales :
Dans une conformation en chaise, chaque atome de carbone a une position axiale et une position équatoriale. Les substituants axiaux sont situés au-dessus et en dessous du cycle le long d'un axe perpendiculaire, tandis que les substituants équatoriaux sont situés dans le plan du cycle autour de l'équateur. Les positions axiales et équatoriales sont interconverties lors d'un retournement de cycle.
Cyclohexanes substitués
Disubstituted cyclohexane: La conformation dans laquelle les deux substituants sont équatoriaux sera toujours plus stable qu'une conformation avec les deux groupes axiaux. Si les deux substituants sont l'un axial et l'autre équatorial, la conformation la plus stable est celle avec le substituant le plus encombrant en position équatoriale.![]()
CH₃ est plus encombrant que F, le conformère le plus stable est le deuxième (CH₃ en position équatoriale).
Vérifiez vos connaissances sur ce chapitre
Un cycloalcane est un hydrocarbure saturé qui contient au moins un cycle dans son squelette carboné
La formule générale des cycloalcanes à un seul cycle est CnH2n, la formule des composés à deux cycles est CnH2n-2, et ainsi de suite.
Les conformères sont des arrangements différents des atomes de la même molécule résultant d'une rotation autour d'une seule liaison. La conformation éclipsée est la conformation dans laquelle les liaisons sur un carbone sont directement alignées avec les liaisons sur le carbone adjacent. La conformation décalée est la conformation dans laquelle les liaisons sur un carbone bisèquent la liaison R-C-R sur le carbone adjacent. Les conformations décalées sont plus stables que les conformations éclipsées.
Les isomères structuraux sont des espèces chimiques qui ont la même formule moléculaire mais diffèrent dans la manière dont les atomes sont liés les uns aux autres, tandis que les isomères conformationnels sont des isomères qui ont la même formule moléculaire, les mêmes liaisons, mais diffèrent dans la manière dont les atomes sont orientés dans l'espace (géométrie 3D différente).
- Choisissez une liaison C-C particulière
- Dessinez un cercle avec un point au centre
- le cercle représente le carbone arrière
- le point représente le carbone avant - Identifiez les 3 groupes liés à l'atome de carbone avant
Dessinez les liaisons sous forme de 3 lignes se rejoignant au centre du cercle - Identifiez les 3 groupes liés à l'atome de carbone arrière
Dessinez les liaisons sous forme de 3 lignes partant du bord du cercle - Ajoutez les atomes au bout de chaque liaison
Les conformations écartées et éclipsées d'une molécule interchangent généralement à température ambiante, mais chaque conformation, et donc sa projection de Newman correspondante, n'est pas également stable : les conformations écartées sont plus stables (plus basses en énergie) que les conformations éclipsées
La tension cyclique est une instabilité qui se produit lorsque les liaisons dans une molécule forment des angles anormaux, l'angle de liaison idéal du carbone hybridé sp3 étant de 109,5o. Cela affecte les structures des plus petits cycloalcannes et entraîne une augmentation de l'énergie potentielle de ces espèces. La tension cyclique = tension de torsion + tension stérique + tension d'angle
Les plus petits cycloalcanes, cyclopropane et cyclobutane, sont les plus contraints car ils présentent des tensions d'anneau particulièrement élevées en raison de l'écart de leurs angles de liaisons par rapport à 109.5° et de l'éclipse de leurs hydrogènes
Contrainte de cycle = contrainte de torsion + contrainte stérique + contrainte angulaire
- Contrainte de torsion : augmentation d'énergie causée par des interactions d'éclipse
- Contrainte stérique : augmentation d'énergie produite lorsque les atomes sont contraints d'être trop proches les uns des autres et essaient d'occuper le même espace
- Contrainte angulaire : augmentation d'énergie produite lorsque les angles de liaison tétraédriques s'écartent de 109,5° (atomes hybridés sp3). Par exemple, le cyclopropane a des angles de liaison égaux à 60°
Une conformation chaise est une conformation stable adoptée par le cyclohexane. Sa stabilité résulte de l'élimination de la contrainte angulaire (tous les angles de liaison sont de 109,5°) et de la contrainte de torsion (tous les groupes sur les atomes de carbone adjacents sont décalés, pas éclipsés). Il y a 2 conformations chaise en équilibre à température ambiante qui sont formées par un processus de renversement de cycle
Dans une conformation en chaise, chaque atome de carbone occupe une position axiale et une position équatoriale. Les substituants axiaux sont situés au-dessus et en dessous du cycle le long d'un axe perpendiculaire, tandis que les substituants équatoriaux sont situés dans le plan du cycle autour de l'équateur. Les positions axiales et équatoriales sont interconverties lors d'une rotation du cycle.
La conformation la plus stable d'un cyclohexane monosubstitué est celle avec le substituant en position équatoriale : un substituant axial crée des interactions incompatibles de type 1,3-diaxial, déstabilisant l'une des conformations de chaise.
La conformation dans laquelle les deux substituents sont équatoriaux sera toujours plus stable qu'une conformation avec les deux groupes axiaux. Si les deux substituants sont l'un axial et l'autre équatorial, la conformation la plus stable est celle avec le substituant le plus volumineux en position équatoriale.
CH3 est plus volumineux que F, la conformère la plus stable est la deuxième (CH3 en position équatoriale)
- monosubstituted systems: no number is needed to indicate the location of the substituent
- polysubstituted systems: start the numbering at one substituent and choose the lowest possible numbering sequence. With 2 different substituents, number the ring to assign the lowest number to the first substituent in alphabetical order
- bicyclic compound: treat the smaller ring as a substituent of the larger one