3.9
Относительная стабильность циклоалканов изменяется в зависимости от размеров их колец. Вариации возникают из-за комбинированных эффектов угловой деформации и деформации кручения, известных как кольцевая деформация циклических соединений.
Угловая деформация вводится в циклоалкан, когда угол связи C-C-C отклоняется от правильного тетраэдрального угла связи, равного 109,5°, как это предсказано для всех sp-3 гибридизованных углеродов алканов.
С другой стороны, крутильная деформация существует между затменными связями и является результатом отталкивающих дисперсионных сил.
В циклопропане внутренний угол 60°, который значительно меньше идеального угла, вносит серьезную угловую деформацию в молекулу, заставляя орбитали sp3 перекрываться под углом, чтобы дать более слабые «изогнутые» углерод-углеродные связи.
Циклопропан, благодаря своей плоской природе, также испытывает значительную крутильную деформацию от шести пар полностью затмеваемых связей C-H.
По сути, циклопропан представляет собой высоконапряженную молекулу с энергией деформации до 116 кДж/моль. По этой причине циклопропаны обладают высокой реакционной способностью.
В отличие от циклопропана, циклобутан является неплоским и имеет складчатую конформацию. Свернутый циклобутан более стабилен, чем его гипотетическая планарная форма.
Несмотря на то, что складывание кольца немного увеличивает угловую деформацию, за счет уменьшения угла соединения с 90° до 88° она существенно снижает крутильную деформацию, связанную с восемью затменными C-H связями, в результате чего чистая энергия деформации составляет 110 кДж/моль.
Как и циклобутан, циклопентан также является неплоским и имеет форму оболочки, при которой один или два атома отклоняются из плоскости.
Хотя гипотетический плоский циклопентан будет иметь угол связи 108° — очень близкий к идеальному значению, конформация оболочки значительно снижает крутильную деформацию от десяти затменных связей при лишь незначительном увеличении угловой деформации.
Таким образом, общая кольцевая деформация в циклопентане составляет всего 27 кДж/моль.
Адольф фон Байер попытался объяснить нестабильность малых и больших циклоалкановых колец, используя концепцию угловой деформации - деформации, вызванн…
© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.