3.9
As estabilidades relativas dos cicloalcanos variam com o tamanho dos anéis. As variações surgem dos efeitos combinados da deformação angular e da deformação torcional, juntos conhecidos como deformação do anel de compostos cíclicos.
A deformação angular é introduzida em um cicloalcano quando o ângulo de ligação CC se desvia do ângulo de ligação tetraédrico regular de 109,5 °, conforme previsto para todos os carbonos hibridizados sp3 de alcanos.
Por outro lado, a deformação de torção existe entre as ligações eclipsantes e é resultado de forças de dispersão repulsivas.
No ciclopropano, o ângulo interno de 60 °, que é significativamente menor que o ângulo ideal, introduz uma tensão angular severa na molécula, forçando os orbitais sp3 a se sobreporem em um ângulo para dar ligações carbono-carbono "dobradas" mais fracas.
O ciclopropano, devido à sua natureza planar, também sofre considerável tensão de torção dos seis pares de ligações CH totalmente eclipsadas.
Em essência, o ciclopropano é uma molécula altamente tensa com energia de deformação de até 116 kJ/mol. Por esse motivo, os ciclopropanos são altamente reativos.
Ao contrário do ciclopropano, o ciclobutano não é planar e assume uma conformação dobrada. O ciclobutano dobrado é mais estável do que sua forma planar hipotética.
Embora o dobramento do anel aumente ligeiramente a deformação angular, diminuindo o ângulo de ligação de 90 ° para 88 °, reduz substancialmente a deformação de torção associada a oito ligações CH eclipsantes, resultando na energia de deformação líquida de 110 kJ / mol.
Como o ciclobutano, o ciclopentano também é não planar e assume uma conformação de envelope, com um ou dois átomos dobrando-se para fora do plano.
Embora um ciclopentano planar hipotético tenha um ângulo de ligação de 108 ° - muito próximo do valor ideal, a conformação do envelope alivia muito a deformação de torção de dez ligações eclipsantes com apenas um ligeiro aumento na deformação do ângulo.
Portanto, a tensão geral do anel no ciclopentano é tão baixa quanto 27 kJ / mol.
Adolf von Baeyer tentou explicar as instabilidades dos anéis de cicloalcanos pequenos e grandes usando o conceito de tensão angular - a tensão causada…
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