I Cicloalcani: composti aliciclici

I cicloalcani formano una serie omologa e hanno formula generale CnH2n e pertanto presentano un sito d’insaturazione. Possono essere rappresentati come degli alcani in cui la catena si chiude su se stessa, perdendo due atomi di idrogeno alle due estremità e unendo direttamente i due atomi di carbonio terminali. Il  più semplice ciclo alcano è il ciclopropano costituito da tre carboni. Il ciclo butano, il ciclo pentano, e il cicloesano sono membri superiori. Anelli che contengono da cinque a sette atomi di carbonio vengono definiti anelli comuni, quelli a tre o quattro atomi di carbonio vengono definiti piccoli cicli, quelli a otto-dieci atomi di carbonio cicli medi ed infine quelli a dodici o più atomi di carbonio macrocicli.

Le caratteristiche inusuali degli anelli piccoli derivano dal fatto che i carboni ibridati sp3 tendono ad avere angoli di legame di 109.5°. Le richieste geometriche degli anelli piccoli riducono questi angoli a valori inferiori e precisamente  a 60° nel ciclopropano 90° nel ciclo butano. Le conformazioni e le tensione steriche di questi anelli contribuiscono alla loro stabilità e alla loro reattività.

Gli atomi di carbonio nel ciclopropano sono necessariamente in un unico piano dato che tre punti determinano un piano. Questa molecola ha un alto grado di simmetria e tutti gli idrogeni sono equivalenti. Il ciclobutano invece non è planare: la struttura angolata dell’anello costringe gli angoli interni C-C-C a un valore inferiore ai 90° esistenti nella struttura planare a circa 88°. Questa deformazione dell’angolo ancora più lontano dal valore tetraedrico richiede energia, tuttavia la molecola piegandosi in questo modo riduce l’energia torsionale. Anche il ciclo pentano ha una struttura piegata per lo stesso motivo. La media degli angoli C-C-C nel ciclo pentano e di circa 105° cosicché la tensione angolare e molto meno importante che nel ciclobutano.

L’energia sterica totale del ciclopentano è molto minore rispetto a quella del ciclobutano.

I cicli medi contengono anch’essi un’energia torsionale e in questi anelli vi sono forti repulsioni idrogeno idrogeno trans anulari dovute al fatto che gli idrogeni dalle parti opposte dell’anello sono tenuti vicini al punto di risentire di interazioni di Van der Waals.

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Author: Chimicamo

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