2.2.3 Будова циклоалканів

Згідно з теорією напруження циклів (А. Байєр, 1885 р), циклоалкани являють собою плоскі багатокутники, а фактором, що визначає їх стійкість є внутрішнє „байєрівське” напруження. Останнє визначається відхиленням внутрішніх валентних кутів циклу порівняно з “класичним” тетраедричним кутом.

Розглядаючи найпростіші плоскі форми циклоалканів, можна конс-татувати, що при збільшенні циклу збільшуються валентні кути сполук:

Чим більше відхилення від тетраедричного кута (109 28'), тим біль-шим є напруження в циклі. Розраховані значення кутових напружень (α) наведені в таблиці 2.7.

За Байєром 6и-членний цикл (кут 120) має бути менш стійким, ніж 5и-членний, однак практичні дані вказують на зворотню залежність. Це по-яснюється тим, що циклогексан не має плоскої будови, оскільки просторо-ва будова циклоалканів визначається різною конформаційною рухомістю атомів Карбону, та їх кількістю у циклі. Молекула циклоалкану намагаєть-ся прийняти таку просторову форму (конформацію), у якій сума кутового, торсійного та ван-дер-ваальсового напруження буде мінімальною.

Найбільш „жорсткою” структурою є циклопропан, який має плоску будову. Квантовохімічні розрахунки свідчать, що в його молекулі валент-ний кут складає не 60 , а 104 . Тому зв’язок С–С нагадує sp2-, а не sp3-гібридизацію. Такий зв’язок називають „банановим” ( – „тау”-зв’язок).

Циклобутан є менш напруженим, порівняно із циклопропаном, а найбільш стійкими є 5и, 6и та багаточленні циклоалкани. Вони багато в чо-му нагадують алкани: не взаємодіють на холоду з Br2, розчином KMnO4, озоном. Виняток складають циклопропан та циклобутан, що мають малі цикли і за властивостями нагадують алкени.

Фізичні властивості циклоалканів.

Циклоалкани С3-С4 – це гази; С5-С11 – рідини; інші – тверді сполу-ки. Не розчинні у воді, температури кипіння та температури плавлення ци-клоалканів нижчі у порівнянні із відповідними нециклічними алканами.