Conformational analysis of 2-sustituted cyclohexanones by force field calculations

Abstract

ÖZET Sikloheksanon bileşiklerinin iki kararlı koltuk kon- formeri vardxr. Birbirlerine dönüşebilen iki koltuk konfor- merin konformasyonal dengesi bileşik içindeki etkileşimlere başlıdır. Bu etkileşimler van der Waals etkileşimleri, dipo lar etkileşimler, bükülme (torsional) etkileşimleri ve dipol- endüklenmiş dipol etkileşimleridir. Bileşik yüklü bir atom içerdiği durumlarda yük-dipol ve yük-endüklenmiş dipol etki- leşimleride göz önüne alınır. Bu çalışmada 2-sübstitüe sik- leheksanon türevlerinde adı gecen etkileşimler incelenmiş ve etkileşim kuvvetleri ampirik kuvvet alan yöntemi ile saptan mıştır. Karbon atomu ile kovalent bag yapma özellisine sahip periodik tablonun bazı elementleri sikleheksanon bileşiğinin ikinci karbonuna takılmış ve bu imgesel substitüentlerin halka ile oluşturduğu çeşitli etkileşimler belirlenmiştir. Bu etkileşimler 2-kloro-, 2-bromo-, 2-iode-, 2-metil^-, 2-siyano ve 2-nitrosikleheksanon gibi gerçek bileşiklere uygulanıp, iki koltuk konformeri arasındaki enerji farkı, bu bileşiklerin konformasyonal enerjisi olarak saptanmıştır. Sonuçlar aynı bileşiklerin literatürden alınan deneysel veri leri ile karşılaştırılmış ve kuramsal sonuçlarla genellikle viiiyi bir uyum içinde oldukları gözlenmiştir. Çalışmada ayrıca, çözücü polar itelerinin bileşiklerin konformasyonal dengesine bağımlılığı incelenmiştir, özellik le, yüksek dielektrik sabiti olan çözücülerin elektrostatik kökenli etkileşimleri önemli ölçüde azaltması konformasyonal dengeyi etkilemektedir. vııı

ABSTRACT The cyclohexanone molecule exists in two relatively stable chair conformers. The conformational eqilibrium of these two interconvertible conformers depends on the inter actions of various intermolecular forces, such as van der Waals interactions, torsional interactions, dipole-dipole interactions, dipole- induced dipole interactions and in the case of charged group charge-dipole and charge- induced dipole interactions. In this study the magnitudes of such interac- tions for various 2-substituted cyclohexanone systems are calculated by empirical force field methods. The majority of the elements of the periodic table, which form covalent bonds with carbon atom are placed at the 2-position*of the carbonyl group and the variation df inter atomic interactions by such hypothetical substituents are examined. Later, the conformational free energies of 2- fluoro-, 2-chloro-, 2-bromo-, 2-iodo-, 2-methyl-, 2-cyano- and 2-nitrocyclohexanones are calculated by the use of empi rical force field methods. The results are compared with the experimental data reported in the literature. In certain cases good agreement between the experimental and the empi rical force field results are observed.The dependence of conformational free energy on solvent polarity is also considered in the calculations. Strong solvent dependence of the conformational free energy is observed in this theoretical study, which was also obser ved in experimental results. This was due to the reduction of the electrostatic interactions by solvents of high dielec tric constants. vx