4.4 置換シクロヘキサンの異性体数
4.4 置換シクロヘキサンの異性体数
環の反転による構造変化を無視する、言い換えると環の反転によって平均化したとみなすと、メチルシクロヘキサンの異性体数は１となる。しかし反転による構造変化を認めれば、異性体数はエカトリアル形およびアキシアル形の２種となる。このように、置換シクロヘキサンの異性体数は、環の反転による“平均化”を考慮するか否かで違ってくる。
シクロヘキサン環の反転による平均化を認めれば、シクロヘキサンのいす形、舟形を考える必要はなく、単に平面分子と考えても同じことである。メチルシクロヘキサンは図4.4.1-25とも26とも書ける。面の上下を区別することは、一方をアキシアル方向、他方をエカトリアル方向と見なすことであり、平均化を認めない考え方である。
図4.4.1
平均化を認めると、1,1-ジメチルシクロヘキサンは１種（図4.4.2-27）、1,2-ジメチルシクロヘキサンには２種（28）と（29）の異性体があることになる。1,2-ジメチル体のうちメチル基が同じ側にある28がシス異性体、反対側にあるのがトランス異性体である。
図4.4.2
しかしながら、環の反転による平均化を認めないと、すなわちメチルシクロヘキサンにおいて21と22を異性体とみなすと事情は変ってくる。ただし1,1-ジメチル体（図4.4.3-27）の場合は、反転によって同一物27に変化するから、シクロヘキサンの場合と同様、平均化を認めても、認めなくても異性体数は１である。
図4.4.3
しかし1,2-ジメチルシクロヘキサンでは事情は異なる。まずトランス体では、２つのメチル基がともにエカリアル配座をとる異性体（図4.4.4-34ee、以下1,2-eeと略記）は反転によって1,2-aa異性体34aaになる。両者は21と22と同じ意味で異なる物質である。したがって、その存在比は異なるはずであり、２つのメチル－水素－1,3－相互作用を含む34aaのほうがややエネルギーが高く、したがって平衡はかなり左によっているはずである。
図4.4.4
次にシス体を考える。35eaと35aeはどのような関係にあるだろうか。メチル基の配座という点では２つは同じであり、したがってエネルギーも等しいから、上記の平衡は50:50となっているはずである。ここで興味深いのは両者の立体化学的関係である。同一物であるかどうかを模型を用いて調べてみるとよい。この点については後で詳しく学ぶことにする。
図4.4.5