Dibujo de conformaciones de silla y proyecciones de Newman

En resumen: elige grupos para C1 a C6 del ciclohexano para dibujar ambos confórmeros de silla con los enlaces axiales y ecuatoriales correctos, y obtén la silla más estable a partir de los valores A con su población a 298 K. Una segunda pestaña gira cualquier enlace C–C en una proyección de Newman y representa su energía.

Úsala para comprobar ejercicios de ciclohexanos disustituidos cis/trans, ver cómo ocurre una inversión del anillo o entender por qué el butano prefiere la conformación anti. Elige cada grupo hacia arriba (cuña) o hacia abajo (trazo discontinuo); la herramienta determina qué enlaces son axiales en cada silla.

Cómo usar el dibujo de sillas y proyecciones de Newman

1. Elige un ejemplo como trans-1,2-Dimetil, o define un grupo Arriba (cuña) y Abajo (trazo discontinuo) para cada carbono de C1 a C6.
2. Observa ambas sillas. Los enlaces axiales son naranjas y apuntan directamente hacia arriba o hacia abajo. Los enlaces ecuatoriales son azules y apuntan hacia fuera del anillo.
3. El cuadro de resultados suma la tensión de cada silla (valores A, choques 1,3-diaxiales e interacciones gauche) y da ΔG, K y el % de cada silla a 298 K.
4. Pulsa Animar inversión del anillo para ver cómo cada grupo axial pasa a ecuatorial. Usa Descargar SVG o Descargar PNG para tus apuntes.
5. Abre la pestaña Proyección de Newman, elige una molécula y mueve el control deslizante o pulsa +60° para pasar entre formas alternadas y eclipsadas. La gráfica de energía sigue al ángulo diedro.

Enlaces axiales y ecuatoriales en la silla

El ciclohexano no es plano. Se pliega en una silla con todos los ángulos C–C–C cercanos a 109,5° y todos los enlaces C–H alternados, así que casi no tiene tensión de anillo. Cada carbono tiene un enlace axial, paralelo al eje del anillo (directamente hacia arriba o hacia abajo), y un enlace ecuatorial, que apunta hacia fuera alrededor del ecuador del anillo.

• Los enlaces axiales alternan arriba, abajo, arriba, abajo alrededor del anillo.
• Cada enlace ecuatorial es paralelo a los enlaces del anillo situados a un carbono de distancia.
• En cualquier carbono, los enlaces axial y ecuatorial apuntan a caras opuestas: si el axial va hacia arriba, el ecuatorial va ligeramente hacia abajo.

Inversión del anillo

A temperatura ambiente el anillo se invierte unas 10⁵ veces por segundo (barrera de unos 45 kJ/mol). En la inversión, cada enlace axial pasa a ecuatorial y cada enlace ecuatorial pasa a axial, pero lo que está arriba sigue arriba y lo que está abajo sigue abajo. Por eso cis y trans nunca cambian en una inversión del anillo.

Valores A y tensión 1,3-diaxial

Un grupo axial choca con los dos hidrógenos axiales de la misma cara situados tres carbonos más allá (interacciones 1,3-diaxiales). El valor A es el coste en energía libre de tener el grupo en axial en lugar de en ecuatorial.

Después, ΔG = −RT ln K, donde K = [silla 2]/[silla 1]. A 298 K, RT = 2,48 kJ/mol, así que cada 5,7 kJ/mol K cambia diez veces.

Cómo suma la herramienta la tensión

• Cada grupo axial suma su valor A.
• Dos grupos (distintos de H) en axial en la misma cara, en posición 1,3 entre sí, suman unos 8 kJ/mol más (el choque CH₃/CH₃ es de unos 15,4 kJ/mol en total).
• Dos grupos carbonados en carbonos vecinos que están en gauche (ecuatorial–ecuatorial o axial–ecuatorial) suman 3,8 kJ/mol, como el butano gauche. Los vecinos diaxiales están en anti, así que no suman nada.

Son estimaciones aditivas de libro de texto. Los grupos polares también pueden presentar enlaces de hidrógeno o efectos dipolares que la suma simple no tiene en cuenta.

Proyecciones de Newman, alternadas y eclipsadas

Una proyección de Newman mira directamente a lo largo de un enlace C–C. El carbono delantero es un punto donde se unen sus tres enlaces; el carbono posterior es un círculo con sus enlaces saliendo del borde. El ángulo entre un enlace delantero y uno posterior es el ángulo diedro (de torsión).

• Alternada (60°, 180°, 300°): los enlaces posteriores quedan entre los delanteros. Mínima energía.
• Eclipsada (0°, 120°, 240°): los enlaces posteriores quedan ocultos tras los delanteros. Máxima energía, por tensión torsional más tensión estérica.
• Anti: los dos grupos más grandes a 180°. Gauche: a 60°.

Butano (C2–C3): anti 0, gauche 3,8, eclipsada (CH₃/H dos veces + H/H) 6 + 6 + 4 = 16, totalmente eclipsada (CH₃/CH₃ + 2 H/H) 11 + 4 + 4 = 19 kJ/mol. Etano: barrera de 3 × 4,0 = 12 kJ/mol.

Ejemplos resueltos

Errores comunes

• Pensar que una inversión del anillo convierte cis en trans. Nunca lo hace: lo que está arriba sigue arriba.
• Decir que «cis significa ambos axiales». En los anillos 1,2- y 1,4-disustituidos, cis es axial–ecuatorial; en los 1,3, cis es diecuatorial o diaxial.
• Dibujar los enlaces axiales inclinados. Los enlaces axiales son verticales; los ecuatoriales son paralelos a los enlaces del anillo situados a un carbono de distancia.
• Sumar los valores A de ambas sillas. Cada silla solo paga por los grupos que son axiales en ella.
• Olvidar las interacciones gauche tipo butano entre grupos en carbonos vecinos (el trans-1,2 diecuatorial todavía tiene una).
• Usar °C en lugar de kelvin en ΔG = −RT ln K.

Herramientas de química relacionadas