La estabilidad de los cicloalcanos puede explicarse mediante termoquímica. El calor de combustión por grupo metileno se determinó experimentalmente para cicloalcanos de diferentes tamaños de anillo y estos datos se compararon con los del n-alcano.
Por lo tanto, mayor el valor del calor de combustión por grupo metileno en comparación con el n-alcano menor es la estabilidad de ese cicloalcano. La siguiente tabla proporciona los datos para compuestos de anillo pequeños y comunes:
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Por lo tanto, el calor de combustión por grupo metileno es alto en ciclopropano, cae al mínimo en ciclohexano que tiene aproximadamente el mismo calor de combustión por grupo metileno que un n-alcano y luego vuelve a aumentar para cicloheptano. Entonces, el ciclopropano tiene la máxima inestabilidad y luego la estabilidad aumenta gradualmente y se maximiza para el ciclohexano.
Para tener en cuenta el orden de estabilidad anterior de los cicloalcanos, A.von Bayer (1885) propuso su teoría de la tensión que se conoce como la teoría de la tensión de Bayer. Según esta teoría, los cicloalcanos que tienen la estructura plana y el ángulo de enlace CCC correspondiente están dados por
{(2n-4) / n} * 90 grados
donde n es el número de elementos del anillo. Ahora este ángulo de enlace se desvía del ángulo tetraédrico normal (109 grados 28 min) y, por lo tanto, se desarrolla una deformación. Esta deformación se conoce como deformación del ángulo de enlace o deformación de Bayer y se define matemáticamente como
0.5 * (109 grados 28 min – ángulo de enlace calculado).
El factor de 0.5 se usa cuando la tensión se extiende sobre dos enlaces. Así, la cepa Bayer para los cicloalcanos de diferentes tamaños es la siguiente:
A diferencia de muchos otros en la tabla anterior, el signo de tensión para el ciclohexano es -ve, lo que indica que la tensión es de naturaleza opuesta con respecto a las que tienen la tensión “+ ve”.
Desde el ciclopropano hasta el ciclohexano, la disminución de la cepa de Bayer explica bien la estabilidad de los cicloalcanos. Sin embargo, el aumento en cicloalcano no explica bien el calor de combustión por metileno. Sachse (1890) señaló que el ciclohexano existe en formas arrugadas (formas de silla y bote ) en estas dos formas arrugadas, el ángulo de enlace normal de 109 grados 28 min se mantiene en todo momento.
Por lo tanto, entre los cicloalcanos más comunes, el ciclohexano es el más estable.
Gracias Nilay Pande por el A2A!
Cortesía: libros de Carey-Sundeberg y Clayden sobre química orgánica.
