いす型
いす型またはいす型配座(Chair conformation)は、シクロヘキサン環のように原子同士の結合がすべて単結合の六員環の化合物がとる立体配座のひとつである。ふね型とともに、すべての原子が三次元的に歪みのない立体配置を取ったときの形である。
安定性
いす型配座は、炭素原子間の結合角が109.5度という理想的な角度を成している。ふね型配座も結合角は109.5度であるが、ふね型時の水素や置換基同士の反発のためいす型はふね型と比べてエネルギー的に安定な配座であり、単結合の六員環化合物のほとんどのものがこのいす型配座の状態で存在する。ただし、これは置換基同士の反発がすべて同程度の場合であり、極端にかさ高くまたいす型配座の時に立体障害を起こしやすい位置に置換基が結合している場合はこの限りではない。
アキシアルとエカトリアル
いす型配座の環を構成する各炭素原子から伸びる電子軌道には大きく分けて2つの方向(垂直方向と横方向)が考えられる。垂直方向に伸びた電子軌道の先にある原子をアキシアル原子またはアキシアル位にある原子、横方向に伸びた電子軌道の先にある原子をエカトリアル(エクアトリアル)原子またはエカトリアル位にある原子と呼ぶ。また、環を構成する炭素原子とアキシアル原子・エカトリアル(エクアトリアル)原子との間の原子間結合をそれぞれアキシアル結合、エカトリアル結合とよぶ。シクロヘキサンの場合には各構成炭素原子にエカトリアル水素とアキシアル水素がそれぞれ1つずつついている。垂直方向と横方向だけでなく、環を固定して考えたとき上側か下側かについても同様の向きとなるように電子軌道を持つ炭素原子は1個おきにあり、これらの電子軌道は互いに反発しあっている。
1,3-ジアキシアル相互作用
アキシアル原子の電子半径が大きいと隣のアキシアル原子との反発力が大きくなるので、巨大な原子あるいは官能基は環反転(ring-flip)によりエカトリアルの位置に存在する場合が多い。たとえば、上図左側のメチルシクロヘキサンでは、3位のアキシアルにあるメチル基が1,5位のアキシアル水素と反発し、立体障害となるため、メチルシクロヘキサンの環反転の平衡は上図右側(巨大な官能基がエカトリアルである状態)に傾く。この立体的な相互作用を1,3-ジアキシアル相互作用(1,3-diaxial interaction)という。
参考文献
- ソロモンの新有機化学[上][第9版]日本語版(ISBN978-4-567-23503-7)
