3.9
シクロアルカンの相対的な安定性は、その環のサイズによって異なります。この変動は、環状化合物の環ひずみとして知られる角度ひずみとねじりひずみの複合効果から生じます。
シクロアルカンでは、C-C-C結合角が通常の四面体結合角109.5°から逸脱すると、アルカンのすべてのsp3混成炭素について予測されるように、角度ひずみが導入されます。
一方、ねじりひずみは食結合間に存在し、反発分散力の結果です。
シクロプロパンでは、理想角よりも大幅に小さい60°の内角により、分子内に厳しい角度ひずみが発生し、sp3軌道が斜めに重なり合うことを余儀なくされ、より弱い「曲がった」炭素-炭素結合が得られます。
シクロプロパンは、その平面的な性質のために、完全に食された6対のC-H結合からかなりのねじりひずみも受けます。
本質的に、シクロプロパンは116 kJ / molという高いひずみエネルギーを持つ非常にひずみのある分子です。このため、シクロプロパンは反応性が高いです。
シクロプロパンとは異なり、シクロブタンは非平面であり、折り畳まれたコンフォメーションを取ります。折り畳まれたシクロブタンは、その仮想的な平面形態よりも安定しています。
リングを折りたたむと角度ひずみがわずかに増加しますが、ボンディング角度を90°から88°に下げることで、8つの食C-H結合に伴うねじりひずみが大幅に減少し、正味ひずみエネルギーは110 kJ/molになります。
シクロブタンと同様に、シクロペンタンも非平面であり、1つまたは2つの原子が平面から曲がるエンベロープコンフォメーションを前提としています。
仮想的な平面シクロペンタンの結合角は108°で、理想値に非常に近いですが、エンベロープコンフォメーションは、角度ひずみがわずかに上昇するだけで、10個の食結合からのねじれひずみを大幅に緩和します。
したがって、シクロペンタンの全体的な環ひずみは27 kJ/molと低くなっています。
アドルフ・フォン・バイヤーは、角ひずみの概念を使用して、大小のシクロアルカン環の不安定性を説明しようとしました。これは、sp3 混成炭素の理想的な 109.5° 四面体値からの結合角の偏差によって引き起こされるひずみです。 ただし、シクロプロパンとシクロブタンは、高度に圧縮された結合角から予想される…
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