Номер 78, страница 34 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.78. Выберите более выгодную конформацию в следующих конформационных равновесиях.

А) В конформационном равновесии метилциклогексана сравниваются две конформации кресла. В левой конформации метильная группа ($CH_3$) занимает аксиальное положение, а в правой — экваториальное. Заместители в циклогексановом кольце более стабильны в экваториальном положении, так как это минимизирует стерические затруднения, в частности 1,3-диаксиальные взаимодействия. Аксиальная метильная группа испытывает стерическое отталкивание от двух аксиальных атомов водорода на атомах углерода C-3 и C-5 (относительно C-1, с которым связан заместитель). В экваториальном положении таких взаимодействий нет. Следовательно, конформация с экваториальной метильной группой является более энергетически выгодной и стабильной.
Ответ: правая.

Б) В данном равновесии представлен цис-1,2-диметилциклогексан. В левой конформации одна метильная группа находится в аксиальном положении, а другая — в экваториальном. В правой конформации, которая образуется в результате инверсии (выворачивания) кольца, аксиальная группа становится экваториальной, а экваториальная — аксиальной. Таким образом, в обеих конформациях присутствует одна аксиальная и одна экваториальная метильная группа. Энергетический вклад от стерических взаимодействий для обеих конформаций одинаков, так как количество и тип 1,3-диаксиальных взаимодействий не меняются. Поэтому обе конформации имеют одинаковую энергию и находятся в равновесии примерно в равных количествах.
Ответ: конформации имеют одинаковую энергию.

В) Здесь показано равновесие для цис-1,3-диметилциклогексана. В левой конформации (диаксиальной) обе метильные группы занимают аксиальные положения. Это приводит к значительным стерическим затруднениям: каждая метильная группа испытывает 1,3-диаксиальные взаимодействия с аксиальными атомами водорода, и, что более важно, возникает сильное стерическое отталкивание между самими аксиальными метильными группами. В правой конформации (диэкваториальной), после инверсии кольца, обе метильные группы переходят в экваториальные положения. В диэкваториальной конформации стерические напряжения минимальны. Следовательно, правая конформация значительно более стабильна и выгодна.
Ответ: правая.

Г) В этом примере мы имеем дело с 4-трет-бутил-1-фтор-1-метилциклогексаном. Ключевым фактором, определяющим стабильность, является положение очень объёмной трет-бутильной группы (t-Bu). Трет-бутильная группа настолько велика, что её нахождение в аксиальном положении создаёт огромное стерическое напряжение. Поэтому она практически всегда занимает экваториальное положение, "запирая" конформацию кольца.
В левой конформации трет-бутильная группа находится в выгодном экваториальном положении. При этом метильная группа ($CH_3$) также экваториальна, а атом фтора (F) — аксиален.
В правой конформации, после инверсии кольца, трет-бутильная группа оказывается в крайне невыгодном аксиальном положении, в то время как фтор становится экваториальным, а метильная группа - аксиальной.
Дестабилизация от одной аксиальной трет-бутильной группы намного превышает дестабилизацию от аксиального атома фтора. Поэтому левая конформация, где самая объёмная группа находится в экваториальном положении, является гораздо более выгодной.
Ответ: левая.