2.8.1 Стабильность циклов

При переходе от циклопропана к циклогексану стабильность циклов в начале увеличивается, затем к циклононану падает и в области макроциклов снова достигает максимума. Особенно высоки напряжения у малых циклов.

Сравнивая теплоты сгорания цикланов в пересчете на одну группу СН₂ можно судить о стабильности циклов.

Первой попыткой объяснения различной стабильности циклов в зависимости от их размера является теория Байера (1885 г.). Байер исходил из предпосылки, что все циклы построены плоско и что отклонение угла связи в цикле от величины тетраэдрического угла приводит к напряжению. Такое напряжение называют угловым или байеровским. Теория Байера довольно хорошо согласуется с экспериментально найденными энергиями напряжения для циклопропана, циклобутана и циклопентана, но не объясняет стабильности циклогексана и более высших цикланов. Циклы этих соединений не плоские, и углы между связями в них близки к тетраэдрическим, так что угловые напряжения в них малы.

Не вдаваясь в подробности, следует отметить, что согласно расчетам валентный угол у атома углерода не может быть меньше 90^оС. Поэтому, для малых циклов были предложены различные модели образования в них связей. Эти модели показывают, что степень перекрывания АО в циклопропане меньше, чем в нормальных связях СС. Поэтому энергия молекулы выше, и кольцо легко раскрывается при различных реакциях.

Малая величина угла связи СС С в циклопропане (60⁰) по сравнению со 109,5^оС позволяет предположить, что при образовании этих связей не достигается максимальное перекрывание АО.

Такие -подобные связи СС С, в которых отсутствует необходимая круговая симметрия, называют «банановыми» или -связями.

В циклобутане связи СС также несколько искажены, и поэтому вследствие уменьшенного перекрывания также более реакционноспособны, хотя и не в такой степени, как связи циклопропана.