Cicloalcani

Ciclo Alcani

Formula generale: C_mH_2m

Se m=3 → C₃H₆

(forma anello da m=3)

Ciclo-propano

M=4 → C₄H₈

Ciclo-butano

C₅H₁₀ Ciclo-pentano

C₆H₁₂ Ciclo-esano

Energia di sistema per gli alcani ciclici

L'energia angolare (tensione angolare) è un tipo di energia che allontana la molecola dallo stato fondamentale e la rende quindi meno stabile.

L'energia angolare deriva dalla differenza tra l'angolo di legame teorico (che nel caso degli alcani è 109,5°) e l'angolo reale:

Energia angolare = α_t - α_r

Applicandola al ciclo-propano E_ang = 109,5° - 60° = 49,5°

Questo vuol dire che la molecola viene tensionata rispetto all'angolo teorico di quasi 50°

Per il ciclo-butano E_ang = 109,5° - 90° = 19,5°

Qui la tensione angolare è minore rispetto al ciclo-propano

Le tensioni angolari diventano sempre di più man mano che si va avanti con il ciclo-alcano superiore fino ad arrivare al ciclo-esano in cui la tensione angolare è uguale a 0°

L'energia angolare si riferisce a molecole tridimensionali che però noi rappresentiamo su un piano come figure geometriche.

Esiste quindi l'energia torsionale o tensione torsionale associata alla tridimensionalità delle molecole.

Esempio: Il ciclo esano ha 3 angoli che possiamo immaginare come 3 punti che sono contenuti su un piano.

Immagina che esista un piano che contiene i 3 carboni del ciclo propano. Ognuno dei questi carboni è tetraedrico e quindi forma angoli di 109.5° (tranne che per l’angolo interno che è di 60°, perché è assorbato.

Questo è un ciclo propano eclissato.

Per capire se esiste una conformazione sfalsata del ciclo propano dovremmo ruotare un carbonio.

In questo caso non possiamo perché in un composto ciclico non c'è libera rotazione nei legami e anche perché dovrei rompere un legame per ruotare un carbonio e quindi avere energia sufficiente a rompere un legame covalente (e non ho questa energia).

Questo significa che il ciclo propano è obbligato a stare nella conformazione eclissata quindi ha un’elevata tensione torsionale.

Anche per il ciclo butano la rotazione è impedita. Il ciclo butano ha però un carbonio in più rispetto al ciclo propano, che non è obbligato a stare contemporaneamente sullo stesso piano degli altri nei (solo 3 punti identificano un piano.)

Questo quarto carbonio posso quindi metterlo in un piano diverso, in modo che rilascia torsionale costà di ottenere una situazione più stabile perché non risulterà eclissato dagli altri carboni e non avrò bisogno di rompere nessun legame.

Il ciclo butano ha quindi un’energia minore del ciclo propano.

Il passaggio da una sedia all’altra avviene attraverso una serie di conformazioni intermedie, che si ottengono flettendo un’estremità della conformazione a sedia.

• sedia (A)
• semi-sedia
• barca
• semi-sedia
• sedia (B)

Conformazione a barca

Nonostante anche la conf. a barca sia priva di tensioni angolari, è meno stabile della conformazione a sedia. La maggiore instabilità è dovuta alla tensione torsionale derivante dalla disposizione eclissata di quattro coppie di legami carbonio-idrogeno.