3.9 : Configuraciones de los cicloalcanos

Adolf von Baeyer intentó explicar las inestabilidades de los anillos de cicloalcanos grandes y pequeños utilizando el concepto de deformación angular: la deformación causada por la desviación de los ángulos de enlace del valor tetraédrico ideal de 109,5° para los carbonos con hibridación sp³. Sin embargo, mientras que el ciclopropano y el ciclobutano están tensos, como se esperaba por sus ángulos de unión altamente comprimidos, el ciclopentano está más tenso de lo previsto y el ciclohexano prácticamente no está tenso. Por tanto, la teoría de Baeyer, que se basaba en el supuesto de que todos los cicloalcanos son planos, era errónea y, en realidad, la mayoría de los cicloalcanos adoptan una estructura no plana.

El ciclopropano, el alcano cíclico de tres carbonos, tiene la deformación angular más alta ya que su estructura plana está muy comprimida, desviándose 49,5° del valor ideal. Además, el ciclopropano tiene una tensión torsional debido a la interacción eclipsante entre seis enlaces C-H. Por tanto, el ciclopropano tiene una deformación anular total de 116 kJ/mol. A diferencia del ciclopropano, que es plano, el ciclobutano adopta una conformación no plana, plegada y más estable. El plegado hace que la tensión angular sea ligeramente elevada en comparación con el hipotético ciclobutano plano, pero la tensión torsional de los diez hidrógenos eclipsantes se alivia enormemente. El ciclobutano tiene una tensión total de 110 kJ/mol. El ciclopentano también adopta una conformación no plana conocida como conformación de la envoltura. En comparación con la hipotética forma plana del ciclopentano, la forma envolvente tiene sus ángulos de enlace ligeramente reducidos, lo que aumenta marginalmente la deformación angular. Sin embargo, alivia significativamente la tensión de torsión de diez enlaces C-H eclipsantes. Por tanto, la tensión total del ciclopentano es de 27 kJ/mol.