คอนฟอร์เมชันแบบเก้าอี้และภาพฉาย Newman: คู่มือทีละขั้นพร้อมเครื่องมือวาดฟรี

เผยแพร่: 19 ต.ค. 2026 · ผู้เขียน: Scidart Academy · เวลาอ่าน: ~8 นาที
สูตรโครงสร้างแบบเส้นของเมทิลไซโคลเฮกเซน ตัวอย่างคลาสสิกของหมู่เมทิลในตำแหน่งแนวแกนและแนวศูนย์สูตรในคอนฟอร์เมชันแบบเก้าอี้
การพลิกวงย้ายหมู่เมทิลของเมทิลไซโคลเฮกเซนจากตำแหน่งแนวแกนไปแนวศูนย์สูตร

คำตอบสั้น ๆ: ในไซโคลเฮกเซนแบบเก้าอี้ คาร์บอนทุกตัวมีพันธะแนวแกนหนึ่งพันธะ (ชี้ตรงขึ้นหรือลง) และพันธะแนวศูนย์สูตรหนึ่งพันธะ (ชี้ออกจากวง) การพลิกวงสลับทั้งสอง หมู่ขนาดใหญ่ชอบแนวศูนย์สูตร: เมทิลในแนวแกนเสียพลังงาน 7.3 kJ/mol (ค่า A ของมัน) เมทิลไซโคลเฮกเซนจึงอยู่ในแนวศูนย์สูตร 95% ที่ 25 °C ในภาพฉาย Newman คอนฟอร์เมชันแบบเหลื่อมมีพลังงานต่ำที่สุด บิวเทนแบบ anti เป็น 0, gauche 3.8, บดบัง 16 และบดบังสมบูรณ์ 19 kJ/mol เครื่องวาดเก้าอี้และ Newman ที่ใช้ฟรีวาดเก้าอี้ทั้งสองแบบ รวมความเครียด และพล็อตพลังงานการบิด

คอนฟอร์เมชันแบบเก้าอี้

ไซโคลเฮกเซนไม่แบนราบ หกเหลี่ยมแบนจะมีมุม 120° และพันธะ C–H แบบบดบัง วงจึงพับเป็นเก้าอี้ ซึ่งมุม C–C–C ทุกมุมประมาณ 109.5° และทุกพันธะอยู่ในแบบเหลื่อม เก้าอี้แทบไม่มีความเครียดเชิงมุมหรือความเครียดจากการบิด จึงเป็นคอนฟอร์เมชันที่โมเลกุลไซโคลเฮกเซนเกือบทั้งหมดเลือก

CH₃CH₃ ⇌ CH₃ แนวแกน (สีส้ม): 7.3 kJ/mol, 5% CH₃ แนวศูนย์สูตร (สีน้ำเงิน): 0, 95%
เมทิลไซโคลเฮกเซน ซ้าย: CH₃ แนวแกน ขวา หลังการพลิกวง: CH₃ แนวศูนย์สูตร พันธะวงที่หนากว่าอยู่ใกล้คุณมากกว่า

พันธะแนวแกนและแนวศูนย์สูตร

  • พันธะแนวแกนขนานกับแกนของวง ชี้ตรงขึ้นหรือตรงลง และสลับขึ้น ลง ขึ้น รอบวง
  • พันธะแนวศูนย์สูตรชี้ออกด้านนอกรอบ "เส้นศูนย์สูตร" แต่ละพันธะขนานกับพันธะในวงสองพันธะที่อยู่ห่างไปหนึ่งคาร์บอน
  • บนคาร์บอนแต่ละตัว พันธะแนวแกนและแนวศูนย์สูตรชี้ไปคนละด้าน หากพันธะแนวแกนชี้ขึ้น พันธะแนวศูนย์สูตรจะเอียงลงเล็กน้อย

การพลิกวง

วงพลิกไปมาระหว่างเก้าอี้สองแบบประมาณ 100 000 ครั้งต่อวินาทีที่อุณหภูมิห้อง (พลังงานกั้นประมาณ 45 kJ/mol) ในการพลิกวง ทุกตำแหน่งแนวแกนกลายเป็นแนวศูนย์สูตร และทุกตำแหน่งแนวศูนย์สูตรกลายเป็นแนวแกน หมู่ที่ชี้ขึ้นยังคงชี้ขึ้น นี่คือเหตุผลที่cis และ trans ไม่เปลี่ยนเมื่อพลิกวง

ค่า A และเก้าอี้ที่เสถียรกว่า

หมู่ในแนวแกนอยู่ใกล้ไฮโดรเจนแนวแกนสองตัวที่อยู่ห่างไปสามคาร์บอนบนด้านเดียวกัน อันตรกิริยาแบบ 1,3-ไดแอกเซียลเหล่านี้ทำให้เก้าอี้แบบแนวแกนเสถียรน้อยกว่า ค่า A คือผลต่างพลังงานอิสระ ΔG° ระหว่างเก้าอี้แนวแกนกับแนวศูนย์สูตรของไซโคลเฮกเซนที่มีหมู่แทนที่หนึ่งหมู่

หมู่ค่า A (kJ/mol)% แนวศูนย์สูตรที่ 298 K
F1.060%
Cl2.271%
OH3.681%
CH₃7.395%
CH(CH₃)₂9.298%
C₆H₅11.799%
C(CH₃)₃20.5มากกว่า 99.9%

เปลี่ยน ΔG เป็นอัตราส่วนด้วย ΔG° = −RT ln K ที่ 298 K, RT = 2.48 kJ/mol สำหรับเมทิล: K = e7.3/2.48 = 19 คือโมเลกุลแนวศูนย์สูตร 19 โมเลกุลต่อแนวแกนหนึ่งโมเลกุล หรือ 95%

หมู่แทนที่สองหมู่ขึ้นไป

  1. วาดเก้าอี้ทั้งสองแบบ ให้แต่ละหมู่อยู่บนด้านเดิม (ขึ้นหรือลง)
  2. สำหรับเก้าอี้แต่ละแบบ รวมค่า A ของทุกหมู่ที่อยู่ในแนวแกน
  3. บวกเพิ่มประมาณ 8 kJ/mol หากมีสองหมู่ (ที่ไม่ใช่ H) อยู่ในแนวแกนด้านเดียวกันในตำแหน่ง 1,3 ต่อกัน บวก 3.8 kJ/mol สำหรับหมู่คาร์บอนสองหมู่บนคาร์บอนติดกันที่อยู่แบบ gauche (แนวศูนย์สูตรทั้งคู่ หรือแนวแกนหนึ่งและแนวศูนย์สูตรหนึ่ง)
  4. เก้าอี้ที่มีผลรวมต่ำกว่าเสถียรกว่า ΔG คือผลต่างของผลรวม

วิธีใช้โปรแกรมวาดเก้าอี้และ Newman

  1. เปิดเครื่องวาดคอนฟอร์เมชันแบบเก้าอี้และภาพฉาย Newman แท็บ คอนฟอร์เมชันแบบเก้าอี้ จะเปิดอยู่
  2. กดตัวอย่าง เช่น trans-1,2-ไดเมทิล หรือเลือกหมู่ ขึ้น (ลิ่มทึบ) และ ลง (เส้นประ) สำหรับ C1 ถึง C6
  3. อ่านเก้าอี้ทั้งสองแบบ หมู่แนวแกนวาดเป็นสีส้ม หมู่แนวศูนย์สูตรเป็นสีน้ำเงิน เก้าอี้ที่เสถียรกว่าจะมีป้าย เสถียรกว่า
  4. อ่านตารางความเครียด: ค่า A ทุกค่า การชนกันแบบ 1,3-ไดแอกเซียล และอันตรกิริยาแบบ gauche แล้วตามด้วย ΔG, K และ % ของเก้าอี้แต่ละแบบที่ 298 K
  5. กด แสดงภาพเคลื่อนไหวการพลิกวง เพื่อดูหมู่แนวแกนกลายเป็นแนวศูนย์สูตร บันทึกภาพด้วย ดาวน์โหลด SVG หรือ ดาวน์โหลด PNG
  6. เปิดแท็บ ภาพฉาย Newman เลือก บิวเทน (C2–C3) แล้วเลื่อนแถบเลื่อนหรือกด +60°, Anti (180°) หรือ แสดงภาพเคลื่อนไหว 360° กราฟแสดงพลังงานที่ทุกมุม

ตัวอย่างโจทย์

1. trans-1,2-ไดเมทิลไซโคลเฮกเซน

เก้าอี้แบบหนึ่งมีเมทิลทั้งสองในแนวศูนย์สูตร เมทิลทั้งสองอยู่แบบ gauche ความเครียดจึงเป็น 3.8 kJ/mol เก้าอี้ที่พลิกแล้วมีทั้งสองในแนวแกน: 2 × 7.3 = 14.6 kJ/mol ΔG = 14.6 − 3.8 = 10.8 kJ/mol, K = 78 จึงเป็นไดอิเควทอเรียล 98.7%

2. cis-1,3-ไดเมทิลไซโคลเฮกเซน

ใน cis-1,3 หมู่ทั้งสองอยู่แนวศูนย์สูตรทั้งคู่หรือแนวแกนทั้งคู่ แบบไดแอกเซียล: 2 × 7.3 บวกประมาณ 8 สำหรับการชนกันแบบ 1,3-ไดแอกเซียลระหว่าง CH₃/CH₃ ประมาณ 22.6 kJ/mol แบบไดอิเควทอเรียล: 0 จึงเป็นไดอิเควทอเรียลมากกว่า 99.9%

3. cis-1-tert-บิวทิล-4-เมทิลไซโคลเฮกเซน

ต้องมีหมู่หนึ่งอยู่ในแนวแกน tert-บิวทิล (20.5) เสียพลังงานมากกว่าเมทิล (7.3) มาก tert-บิวทิลจึงอยู่ในแนวศูนย์สูตรและเมทิลอยู่ในแนวแกน ΔG = 13.2 kJ/mol เก้าอี้แบบหนึ่งมากกว่า 99% tert-บิวทิล "ล็อก" วงไว้

4. เมนทอล

ใน (−)-เมนทอล หมู่ OH ไอโซโพรพิล และเมทิลอยู่ในแนวศูนย์สูตรได้ทั้งหมดในเก้าอี้แบบเดียว เก้าอี้แบบนั้นจึงได้เปรียบอย่างมาก เก้าอี้ที่พลิกแล้วจะทำให้ทั้งสามหมู่อยู่ในแนวแกน

5. บิวเทนแบบ gauche และ anti

บิวเทนแบบ gauche สูงกว่า anti 3.8 kJ/mol และมีรูป gauche สองรูป K = 2 × e−3.8/2.48 = 0.43 จึงเป็น anti ประมาณ 70% และ gauche 30% ที่ 298 K

ภาพฉาย Newman

ภาพฉาย Newman มองตรงไปตามพันธะ C–C หนึ่งพันธะ คาร์บอนด้านหน้าเป็นจุด พันธะทั้งสามมาบรรจบกันตรงกลาง คาร์บอนด้านหลังเป็นวงกลม พันธะเริ่มที่ขอบวงกลม มุมระหว่างพันธะด้านหน้ากับพันธะด้านหลังคือมุมไดฮีดรัล

หากต้องการหมุนพันธะเองและดูแต่ละคอนฟอร์เมชันพร้อมมุมไดฮีดรัลและความเครียด ให้คลิกขวาที่พันธะในตัวแก้ไขแล้วเลือก Newman Projection ดูภาพฉาย Newman ใน MolDraw

CH₃HHCH₃HHAnti, 180°: 0 kJ/molCH₃HHCH₃HHGauche, 60°: 3.8 kJ/molCH₃HHCH₃HHบดบังสมบูรณ์, 0°: 19 kJ/mol
บิวเทนตามแนว C2–C3 หมู่ด้านหน้าเป็นสีเขียว หมู่ด้านหลังเป็นสีม่วง รูปบดบังสมบูรณ์วาดเยื้องเล็กน้อยเพื่อให้เห็นเมทิลทั้งสอง
คอนฟอร์เมชันของบิวเทนมุมไดฮีดรัล (CH₃ ถึง CH₃)พลังงาน (kJ/mol)องค์ประกอบความเครียด
Anti (เหลื่อม)180°0ไม่มี
Gauche (เหลื่อม)60°, 300°3.8CH₃/CH₃ gauche
บดบัง120°, 240°162 × H/CH₃ (6.0) + H/H (4.0)
บดบังสมบูรณ์0°19CH₃/CH₃ (11) + 2 × H/H (4.0)

สำหรับอีเทน อันตรกิริยาแบบบดบังระหว่าง H/H สามคู่ให้พลังงานกั้น 12 kJ/mol สำหรับโพรเพน (H/H 2 คู่ + H/CH₃ 1 คู่) เป็น 14 kJ/mol

ตารางสรุป

คำศัพท์ความหมาย
แนวแกน (axial)พันธะขนานกับแกนของวง ชี้ตรงขึ้นหรือลง
แนวศูนย์สูตร (equatorial)พันธะชี้ออกจากวง ขนานกับพันธะในวงที่อยู่ห่างไปหนึ่งคาร์บอน
การพลิกวงแนวแกน ⇄ แนวศูนย์สูตรบนทุกคาร์บอน หมู่ที่ชี้ขึ้นยังคงชี้ขึ้น
ค่า AΔG° (แนวแกน − แนวศูนย์สูตร) ของหมู่หนึ่งหมู่ CH₃ 7.3 kJ/mol
ΔG° = −RT ln K5.7 kJ/mol ทำให้ K เปลี่ยนสิบเท่าที่ 298 K
เหลื่อม / บดบังมุมไดฮีดรัล 60°, 180° / 0°, 120°
Anti / gaucheหมู่ใหญ่ที่สุดห่างกัน 180° / 60°

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

  • เปลี่ยน cis เป็น trans ระหว่างการพลิกวง การพลิกวงไม่เคยเปลี่ยน cis หรือ trans
  • คิดว่า cis หมายถึงแนวศูนย์สูตรทั้งคู่เสมอ สำหรับ 1,2 และ 1,4 แบบ cis คือแนวแกนหนึ่งบวกแนวศูนย์สูตรหนึ่ง สำหรับ 1,3 แบบ cis คือไดอิเควทอเรียลหรือไดแอกเซียล
  • วาดพันธะแนวแกนเอียง ที่จริงพันธะแนวแกนตั้งตรง
  • ลืมอันตรกิริยาแบบ gauche ใน trans-1,2-ไดเมทิลไซโคลเฮกเซนแบบไดอิเควทอเรียล
  • ใช้ °C ใน ΔG = −RT ln K ต้องใช้เคลวิน
  • เรียกบิวเทนแบบบดบังที่ 120° ว่า "บดบังสมบูรณ์" บดบังสมบูรณ์หมายถึง CH₃ อยู่หลัง CH₃ ที่ 0°

เคล็ดลับการสอบ

  • JEE และ NEET: รู้ลำดับความเสถียรของคอนฟอร์เมอร์ของบิวเทน (anti > gauche > บดบัง > บดบังสมบูรณ์) และรู้ว่าเก้าอี้เสถียรกว่าเรือบิด (twist-boat) เรือ และครึ่งเก้าอี้
  • AP Chemistry และ A-level: อธิบายความเสถียรด้วยความเครียดเชิงสเตอริกได้: หมู่ที่เทอะทะชอบแนวศูนย์สูตร
  • เคมีอินทรีย์ระดับมหาวิทยาลัย: คำนวณ ΔG จากค่า A และแปลงเป็น K และร้อยละประชากร จำไว้ว่า tert-บิวทิลล็อกวง และ cis-1,4-ได-tert-บิวทิลไซโคลเฮกเซนอยู่ในรูปเรือบิด
  • เมื่อวาดเก้าอี้ในข้อสอบ ให้วาดพันธะแนวแกนก่อน (ตรงขึ้นและลง) แล้วจึงวาดพันธะแนวศูนย์สูตรขนานกับพันธะในวง

คำถามและคำตอบ

ตำแหน่งแนวแกนกับแนวศูนย์สูตรต่างกันอย่างไร

พันธะแนวแกนขนานกับแกนของเก้าอี้และชี้ตรงขึ้นหรือลง พันธะแนวศูนย์สูตรชี้ออกด้านนอกรอบวง คาร์บอนแต่ละตัวในวงมีพันธะแนวแกนหนึ่งพันธะและแนวศูนย์สูตรหนึ่งพันธะ อยู่คนละด้านของวง

ทำไมหมู่ขนาดใหญ่จึงชอบอยู่ในตำแหน่งแนวศูนย์สูตร

หมู่ในแนวแกนอยู่ใกล้ไฮโดรเจนแนวแกนสองตัวที่อยู่ห่างไปสามคาร์บอนบนด้านเดียวกัน อันตรกิริยาแบบ 1,3-ไดแอกเซียลเหล่านี้ทำให้พลังงานสูงขึ้น หมู่ในแนวศูนย์สูตรชี้ออกจากวงจึงหลีกเลี่ยงได้

ค่า A ของหมู่เมทิลเป็นเท่าใด

ประมาณ 7.3 kJ/mol (1.74 kcal/mol) ได้ K = 19 ที่ 298 K เมทิลไซโคลเฮกเซนจึงอยู่ในแนวศูนย์สูตรประมาณ 95%

การพลิกวงเปลี่ยน cis เป็น trans หรือไม่?

ไม่ การพลิกวงเปลี่ยนแนวแกนเป็นแนวศูนย์สูตรและกลับกัน แต่หมู่ที่ชี้ขึ้นยังคงชี้ขึ้น cis และ trans ขึ้นอยู่กับด้านของวงเท่านั้น จึงไม่เปลี่ยน

คอนฟอร์เมชันใดของบิวเทนเสถียรที่สุด

คอนฟอร์เมชัน anti ที่หมู่เมทิลทั้งสองห่างกัน 180° แบบ gauche สูงกว่า 3.8 kJ/mol แบบบดบัง 16 และแบบบดบังสมบูรณ์ 19 kJ/mol

คำนวณร้อยละของเก้าอี้แต่ละแบบได้อย่างไร

หา ΔG ระหว่างเก้าอี้ทั้งสอง แล้ว K = e^(−ΔG/RT) โดย R = 8.314 J/(mol·K) และ T เป็นเคลวิน สัดส่วนของเก้าอี้ที่เสถียรกว่าคือ K/(1 + K) เมื่อ K มากกว่า 1

ทำไม tert-บิวทิลจึงล็อกวง

ค่า A ของมันประมาณ 20.5 kJ/mol เก้าอี้ที่หมู่นี้อยู่ในแนวศูนย์สูตรจึงได้เปรียบมากกว่า 3000 ต่อ 1 ที่อุณหภูมิห้อง วงแทบไม่เคยอยู่ในเก้าอี้ที่ tert-บิวทิลอยู่ในแนวแกน

เครื่องมือและคู่มือที่เกี่ยวข้อง

เครื่องมือที่เกี่ยวข้อง

คู่มือที่เกี่ยวข้อง

อัปเดตล่าสุด: