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3.9 : Conformações dos cicloalcanos

Adolf von Baeyer tentou explicar as instabilidades dos anéis de cicloalcanos pequenos e grandes usando o conceito de tensão angular - a tensão causada pelo desvio dos ângulos de ligação do valor tetraédrico ideal de 109,5° para carbonos hibridizados sp3. No entanto, enquanto o ciclopropano e o ciclobutano são tensionados, como esperado devido aos seus ângulos de ligação altamente comprimidos, o ciclopentano é mais tensionado do que o previsto e o ciclohexano é virtualmente livre de tensão. Portanto, a teoria de Baeyer, baseada na suposição de que todos os cicloalcanos são planos, estava errada e, na realidade, a maioria dos cicloalcanos adota uma estrutura não plana.

O ciclopropano, o alcano cíclico de três carbonos, apresenta a maior tensão angular, pois sua estrutura plana é altamente comprimida, desviando-se 49,5° do valor ideal. Além disso, o ciclopropano tem uma tensão torsional devido à interação eclipsante entre seis ligações C-H. Assim, o ciclopropano tem uma tensão total do anel de 116 kJ/mol. Ao contrário do ciclopropano, que é plano, o ciclobutano assume uma conformação não plana dobrada e mais estável. O dobramento eleva ligeiramente a tensão angular em comparação com o ciclobutano hipoteticamente plano, mas alivia consideravelmente a tensão torsional dos dez hidrogênios eclipsantes. O ciclobutano tem uma tensão total de 110 kJ/mol. O ciclopentano também adota uma conformação não plana conhecida como conformação de envelope. Em comparação com a forma plana hipotética do ciclopentano, a forma em envelope tem seus ângulos de ligação ligeiramente reduzidos, o que aumenta marginalmente a tensão angular. No entanto, alivia significativamente a tensão torsional de dez ligações C-H eclipsantes. Portanto, a tensão total do ciclopentano é de 27 kJ/mol.

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CycloalkanesAngle StrainCyclopropaneCyclobutaneCyclopentaneCyclohexaneNon planar StructureRing StrainTorsional StrainConformations

Do Capítulo 3:

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