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3.9 : Conformazioni dei Cicloalcani

Adolf von Baeyer ha tentato di spiegare le instabilità degli anelli cicloalcani piccoli e grandi utilizzando il concetto di deformazione angolare, la deformazione causata dalla deviazione degli angoli di legame dal valore tetraedrico ideale di 109,5° per i carboni ibridati sp3. Tuttavia, mentre il ciclopropano e il ciclobutano si deformano, come previsto dai loro angoli di legame altamente compressi, il ciclopentano si deforma più del previsto e il cicloesano è praticamente privo di deformazione. Pertanto, la teoria di Baeyer, basata sul presupposto che tutti i cicloalcani siano piatti, era sbagliata e, in realtà, la maggior parte dei cicloalcani adotta una struttura non planare.

Il ciclopropano, l'alcano ciclico a tre atomi di carbonio, ha la deformazione angolare più elevata poiché la sua struttura planare è altamente compressa, deviando di 49,5° dal valore ideale. Inoltre, il ciclopropano ha una tensione torsionale dovuta all'interazione eclissante tra sei legami C-H. Pertanto, il ciclopropano ha una tensione anulare complessiva di 116 kJ/mol. A differenza del ciclopropano, che è planare, il ciclobutano assume una conformazione piegata e non planare più stabile. Il ripiegamento fa sì che la deformazione angolare sia leggermente elevata rispetto all'ipotetico ciclobutano planare, ma la tensione torsionale dei dieci idrogeni eclissanti è notevolmente alleviata. Il ciclobutano ha una tensione complessiva di 110 kJ/mol. Il ciclopentano adotta anche una conformazione non planare nota come conformazione a busta. Rispetto all'ipotetica forma planare del ciclopentano, la forma a busta ha i suoi angoli di legame leggermente ridotti, il che aumenta marginalmente la deformazione angolare. Tuttavia, allevia significativamente la tensione torsionale derivante da dieci legami C-H eclissanti. Quindi, la deformazione complessiva del ciclopentano è di 27 kJ/mol.

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CycloalkanesAngle StrainCyclopropaneCyclobutaneCyclopentaneCyclohexaneNon planar StructureRing StrainTorsional StrainConformations

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