Cycloalkane sind ringförmige Alkane.
Isomere, die man nicht durch Drehung einer Einfachbindung ineinander überführen kann, nennt man Konfigurationsisomere.
| Cycloalkane und Stereoisomerie |
| Cycloalkane | |
Cycloalkane sind ringförmige Alkane. |
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Isomere, die man nicht durch Drehung einer Einfachbindung ineinander überführen kann, nennt man Konfigurationsisomere. |
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| Ringspannung und Struktur der Cycloalkane | |
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Ein gleichschenkliger Dreiring bildet einen inneren Winkel von 60º. Dies führt in einem Cyclopropanring mit sp3-hybridisierten C-Atomen zu einer Winkelspannung (Baeyer-Spannung). Um einer hohen Winkelspannung zu entgehen, wird der p-AO Anteil in der C-C-Einfachbindung erhöht. Damit erhält man die sogenannte Bananen-Bindung. |
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Im Cyclobutan ist die Spannungsenergie (113 kj/mol) fast so groß wie im Cyclopropan. Der Ring besitzt keine planare Struktur, sondern ist leicht abgewinkelt (Pitzerspannung). |
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Ähnlich verhält es sich beim Cyclopentan, auch hier gibt es eine Abwinklung der Ringebenen. |
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Cyclohexan besitzt eine spannungsfreie Sesselkonformation. Es ist daher die in der Natur am weitesten verbreitete Ringstruktur (z.B. Zuckermoleküle (Pyranosen) und Steroidringsysteme). Aufgrund der Sesselstruktur können optimale Bindungswinkel für sp3-C-Atome (109º) eingehalten werden. Die H-Atome stehen ekliptisch zueinander, d.h. die Ringspannung und die Pitzerspannung sind minimal. Dies kann man besonders gut in der Newman-Projektion sehen. |
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Neben der Seeselform des Cyclohexanrings existieren weitere Konformationsisomere: Halbsessel-, Twist- und Wannenform. Dabei bilden die beiden Sessel- und die Twistform Energieminima. |
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Betrachtet man die Bindungen am Cyclohexan, erkannt man zwei verschiedene Richtungen der Bindungen, nämlich axial und equatorial. |
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Axiale Bindungen stehen (mehr oder weniger) senkrecht zur Ringebene. Die equatorialen Bindungen sind in der Ringebene. Beim Überführen der Sesselkonformationen ineinander wandeln sich alle axialen Bindungen in equatoriale Bindungen um und umgekehrt. |
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| Substituierte Cycloalkane | |
Bei substituierten Cyclohexanen ist die Konformation am stabilsten, in der der Substituent equatorial steht. Je größer der Substituent ist, umso stärker ist dieses Bestreben. |
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Die equatoriale Konformation des Methylcyclohexans ist um 7 kj/mol stabiler als die axiale Konformation. |
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Ist die sterische Hinderung noch größer als bei der Methylguppe (z.B. tert. Butylgruppe), verschiebt sich das Verhältnis der Konformere noch stärker auf die Seite der equatorialen Position. |
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Die equatoriale Konformation ist um 21 kj/mol stabiler als die axiale Konformation des Methylcyclohexans. |
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| Cyclohexan in Naturstoffen | |
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