Tensione angolare nei cicloalcani
La teoria della tensione angolare nei cicloalcani si è sviluppata già alla fine del XIX secolo, attribuendo la maggiore reattività del ciclopropano rispetto agli altri cicloalcani proprio a questa peculiarità strutturale. Si ipotizzò che la tensione angolare derivasse dalla deformazione dell’angolo C-C-C a un valore molto inferiore a 109° 28′, presente nell’anello del ciclopropano. Questa caratteristica causa instabilità nei cicli piccoli come ciclopropano e ciclobutano ed è ancora ampiamente riconosciuta.
Anche nei cicli a quattro o cinque membri, l’inclusione di un doppio legame determina tensione angolare. Queste reazioni che convertono un carbonio sp^2 in carbonio ibridato sp^3 sono accelerate nei cicli a 3, 4 e 5 atomi a causa del rilascio della tensione sterica. Complessivamente, i composti ciclici sono meno stabili dei corrispondenti non ciclici.
Per ottimizzare l’energia, il compromesso tra tensione angolare e repulsione interelettronica determina una particolare geometria degli orbitali. Ne consegue che il ciclopropano utilizza legami piegati. Inoltre, le molecole cicliche vengono classificate in base al numero di termini e alla tensione corrispondente. I cicli a cinque e sei membri, i più comuni, presentano tensione minima.
Il ciclopentano, malgrado la conformazione planare, raggiunge una leggera conformazione zig-zagante che minimizza la tensione torsionale dei legami eclissati. I cicli più grandi, d’altra parte, presentano tensione in ordine crescente dal cicloesano al ciclodecano. Il ciclodecano, tra i cicli più grandi, è caratterizzato da una maggiore energia di tensione a causa dell’impedimento sterico che comporta una deformazione degli angoli di legame.
In conclusione, la tensione angolare nei cicloalcani ha un impatto significativo sulla stabilità e sulla reattività di questi composti, determinando compromessi strutturali che influenzano le loro proprietà chimiche e fisiche.