3.9
Względna stabilność cykloalkanów różni się w zależności od wielkości ich pierścieni. Zmiany wynikają z połączonych efektów odkształcenia kątowego i odkształcenia skrętnego, znanych razem jako odkształcenie pierścieniowe związków cyklicznych.
Odkształcenie kątowe jest wprowadzane do cykloalkanu, gdy kąt wiązania CCC odchyla się od regularnego kąta wiązania czworościennego wynoszącego 109,5 °, jak przewidywano dla wszystkich sp 3 zhybrydyzowanych atomów węgla alkanów.
Z drugiej strony, odkształcenie skrętne występuje między wiązaniami zaćmieniowymi i jest wynikiem odpychających sił dyspersyjnych.
W cyklopropanie kąt wewnętrzny 60°, który jest znacznie mniejszy niż kąt idealny, wprowadza silne odkształcenie kątowe w cząsteczce, zmuszając orbitale sp3 do zachodzenia na siebie pod kątem, aby uzyskać słabsze "wygięte" wiązania węgiel-węgiel.
Cyklopropan, ze względu na swoją płaską naturę, doświadcza również znacznych odkształceń skrętnych od sześciu par całkowicie zaćmionych wiązań C-H.
W istocie, cyklopropan jest silnie odkształconą cząsteczką o energii odkształcenia sięgającej 116 kJ/mol. Z tego powodu cyklopropany są wysoce reaktywne.
W przeciwieństwie do cyklopropanu, cyklobutan jest niepłaski i przyjmuje pofałdowaną konformację. Złożony cyklobutan jest bardziej stabilny niż jego hipotetyczna płaska forma.
Chociaż zagięcie pierścienia nieznacznie zwiększa odkształcenie kątowe, obniżając kąt wiązania z 90° do 88°, znacznie zmniejsza odkształcenie skręcające związane z ośmioma zaćmieniowymi wiązaniami C-H, co daje energię odkształcenia netto wynoszącą 110 kJ/mol.
Podobnie jak cyklobutan, cyklopentan jest również niepłaski i przyjmuje konformację otoczki, z jednym lub dwoma atomami wyginającymi się z płaszczyzny.
Chociaż hipotetyczny cyklopentan planarny miałby kąt wiązania 108° - bardzo bliski wartości idealnej, konformacja obwiedni znacznie odciąża odkształcenie skrętne od dziesięciu wiązań zaćmieniowych przy niewielkim wzroście odkształcenia kątowego.
Dlatego całkowite odkształcenie pierścienia w cyklopentanie wynosi zaledwie 27 kJ/mol.
Adolf von Baeyer próbował wyjaśnić niestabilność małych i dużych pierścieni cykloalkanowych, stosując koncepcję odkształcenia kątowego — odkształcenia…
Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.