Ćwiczenie 8.2:

Naprężenia w pierścieniach cykloalkanów i cykloalkenów

Wprowadzenie

Alifatyczne węglowodory cykliczne o małych pierścieniach charakteryzują się zmniejszoną stabilnością, porównując z odpowiednimi związkami łańcuchowymi, ze względu na tzw. naprężenie Celem tego ćwiczenia jest oszacowanie energii naprężenia w cykloalkanach i cykloalkenach oraz wytłumaczenie obserwowanych trendów.

Energia związana z naprężeniem w pierścieniu cykloalkanu może być oszacowana z różnicy energii reakcji uwodornienia (1) i (2):

(1)

(2)

Można spodziewać się, że w przypadku cykloalkenów naprężenie pierścienia jest jeszcze większe, ze względu na większe zmiany geomettrii (zmany kątów w stosunku do idealnej wartości 120^o) niż w cykoalkanach (w stosunku do 109.5^o).

Różnicę energii związanej z naprężeniem pomiędzy cykloalkenem, a odpowiednim cykloalkanem można oszacować używając energii reakcji (3) i (4):

(3)

(4)

Ćwiczenie

Wykonaj obliczenia metodą AM1 oraz HF/3-21G dla reakcji (1) i (2) wychodząc z cyklopropanu, cyklobutanu, cyklopentanu, cykloheksanu i cykloheptanu oraz dla reakcji (3) i (4) wychodząc z odpowiednich cykloalkenów. Oblicz energię naprężenia w pierścieniu dla cykloalkanów [z (1)i (2)] oraz dodatkową energię naprężenia dla cykloalkenów [z (3) i (4)]. Przeanalizuj geometrię i strukturę elektronową związków cyklicznych. Wyciągnij wnioski