CONFORMATIONS DU CYCLOHEXANE
1) Généralités
Le cyclohexane de formule C6H12est un alcane cyclique ou
cyclane.
Sa molécule n'est pas plane:
Une structure plane entraînerait des tensions au niveau du cycle (angles de
120° pour les liaisons C-C-C ainsi que des interactions des hydrogènes en
éclipse sur des carbones voisins), or l'examen de la molécule de cyclohexane ne
fait pas apparaître de telles tensions.
En fait la structure en chaise de la molécule permet de réduire les
angles C-C-C à 111° environ c'est à dire très près des 109° 28' d'un carbone
tétraédrique. De plus les hydrogènes sont en position décalée pour deux
carbones adjacents.
2) Examen de la structure chaise et de la structure bateau:
2-1) La structure chaise:
Ce nom a été donné car la molécule a la forme d'une chaise.
Les atomes d'hydrogène peuvent être séparés en deux classes:
Les hydrogènes axiaux (liaisons verticales, en rouge
sur la molécule)
Les hydrogènes équatoriaux (liaisons à peu près
horizontales, en bleu sur la molécule).
2-2) La structure bateau:
Si l'on redresse l'atome de carbone situé à la pointe
gauche du cycle, on obtient une structure bateau (nom donné en raison de
la forme du cycle qui fait penser à un bateau):
On remarque que les huit hydrogènes correspondant à la partie plane du cycle
sont en position éclipsée tandis que deux hydrogènes placés sur les carbones
"en pointe" du cycle sont très proches l'un de l'autre et se
repoussent.
Pour éviter cette gêne la molécule à tendance à se tordre:
cette nouvelle forme appelée" twist" par les anglo-saxons est la
forme bateau flexible.
2-3) L'autre structure chaise:
Si l'on abaisse l'atome de carbone situé à l'extrémité droite du cycle bateau
on obtient une deuxième structure chaise:
Remarque 1: Les deux structures chaise sont indiscernables dans le
cyclohexane , mais lorsqu'on passe de l'une à l'autre les hydrogènes axiaux
d'une des formes deviennent des hydrogènes équatoriaux et inversement (les
couleurs n'ont pas été changées et l'on remarque que dans la forme 2-3) les
hydrogènes axiaux sont en bleu et les hydrogènes équatoriaux sont en rouge).
Remarque 2:Le passage d'une des formes chaise à l'autre forme se fait
par l'intermédiaire de la forme bateau. Il y a environ 106 interconversions chaise-chaise par seconde.
Le schéma résumant ces interconversions est:
3) Les conformations:
Le passage d'une forme chaise à l'autre forme chaise par l'intermédiaire de la
forme bateau se fait sans qu'il y ait rupture de liaison. Pour cette raison on
dit que ces structures correspondent à des conformations du cyclohexane.
Il en est de même lorsqu'on examine les différentes positions que peuvent
adopter les deux groupements CH3 dans l'éthane du fait de la libre rotation
carbone carbone.
On parle donc de la conformation chaise et de la
conformations bateau.
La conformation chaise est la plus probable (99% à température ordinaire), la
conformation bateau ne constituant qu'un pour cent des molécules à la même
température.
4) Les cyclohexanes disubstitués:
4-1) Cas du 1,1-diméthylcyclohexane:
Les deux conformations sont énergétiquement identiques ;elles
ont la même stabilité.
4-2) Cas des cyclohexanes disubstitués1,2
1,3 ou 1,4 :
Ce sont les formes chaises où les substituants sont:
- tous les deux équatoriaux (voir exemple ci-dessus à gauche)
- ou bien le plus encombrant en position équatoriale
qui sont les plus stables.