axialとequatrialについて

質問

脂環式炭化水素でcis-1,2-dimethylcyclohexaneの最も安定な立体配座を書く問題です。
いす型で表す際どうやって、置換基がaxialやequatrialになるのが決まるのですか？？
かさの大きいものがequatrialになると聞いたのですが、この際メチル基が２つあり、cisなのでどちらともequatrialになると思ったのですが、間違いのようです・・・↓
１つがaxialでもう１つがequatrialになるのです。なぜですか？？

回答No.2

rei00 · ベストアンサー

> １つがaxialでもう１つがequatrialになるのです。なぜですか？？

　簡単にいえば，「各炭素原子の結合手がその方向に出ているから」です。

　図があった方が解り易いかと思いますので，下記ぺージの 19, 20 で示されている２つの椅子型配座間の反転平衡を御覧下さい。各炭素には丸で囲った水素と囲っていない水素の２つが付いており，一方が axial の場合，他方は equatorial になります。これはどちらの配座でも同じです。

　・ http://ce.t.soka.ac.jp/stereo/Ch4/ch4j.materials.html#Anchor1578490

　ここで，隣合った炭素上の水素（1,2 の関係の水素）を見た場合，axial 水素は環の上方と下方に存在する事（つまり，trans の関係）になります。逆に，環に対して同じ方向に出ている（cis の関係にある）水素同士であれば，一方が axial なら他方が equatorial になります。これは，先に書いた様に，『各炭素が sp3 混成軌道をとる場合，必然的に結合手がその方向に出る』からです。

> かさの大きいものがequatrialになると聞いたのですが、

　上記の様に，シクロヘキサンには２つの配座が考えられます。ここで，水素原子の１つを置換基に換えた「置換シクロヘキサン」を考えます。

　置換基がメチル基の例が 21, 22 です。見れば分かる様に，21 ではメチル基が equatorial なのに対し，22 ではメチル基が axial に立っています。シクロヘキサンで axial に置換基が立つと 1,3 の位置関係にある２つの水素原子との間に 1,3-diaxial 相互作用が生じ，置換基が equatorial に出ている（1,3-diaxial 相互作用が無い）配座より不安定になります。つまり，21 の配座が 22 より安定な配座となります。

　この『シクロヘキサンで axial に置換基が立つと 1,3-diaxial 相互作用が生じ，置換基が equatorial に出ている（1,3-diaxial 相互作用が無い）配座より不安定』が置換シクロヘキサンの安定配座を考える原則です。

　次に，お書きの例のような置換基が２つの場合を考えます。２つの置換基が同じであれば，cis-1,2-dimethylcyclohexane の場合と同様に考えれば良いのは分かりますね。問題になるのは２つの置換基が異なる場合です。この場合，置換基が２つとも equatorial になる配座が存在すれば，それが最も安定な配座であるのは理解できると思います。

　では，どんな配座を考えても cis-1,2-置換シクロヘキサンの様に一方が axial で他方が equatorial になってしまう場合はどう考えれば良いでしょうか？　これを考える規準がお書きの『かさの大きいものがequatrialになる』です。その理由は，嵩が大きいほど 1,3 の位置関係にある水素原子などと接近しますので，より大きな 1,3-diaxial 相互作用が生じて，より不安定な配座になるからです。結果，嵩の大きいものがequatrialになる配座が安定な配座になります。

　一応，立体構造を毎度のように考える天然物化学屋ですので「専門家」としておきます。

参考URL：

http://ce.t.soka.ac.jp/stereo/Ch4/ch4j.materials.html#Anchor1578490

お礼

ありがとうございました（＊＾▽＾＊）とてもよくわかりました★
これからこのＵＲＬを活用させていただきます♪

回答No.1

c80s3xxx

1,2-cisだったら両方とも eq にすることや両方とも ax にすることはできませんが．
分子模型作ってみるのがいちばんよくわかりますけどね．

お礼

ありがとうございました（＊＾▽＾＊）模型作ってみます★