1

TEMA 6.- Cicloalcanos. Características generales y estabilidad. Análisis conformacionalde cicloalcanos. Reactividad.

Los cicloalcanos son alcanos que contienen anillos de átomos de carbono. Muchos compuestos orgánicos presentes en la naturaleza son cíclicos, por ejemplo los monoterpenos, con 10 átomos de carbono, están presentes en muchas esencias de las plantas.

limoneno alcanfor

CICLOALCANOS

CnH2n

2

Propiedades físicas

Tienen p.f y p.e. mayores que los alcanos correspondientes.Los p.f y p.e. se incrementan al aumentar la masa molecular de las

moléculas.Solubles en solventes apolares

3 y 4 poco estables5 y 6 estables7-12 inestables>12 como alcanos

Estabilidad y tamaño del anillo

Tensiones del anillo

Tensión angular.- La tensión debida a la expansión o compresión de los ángulos de enlace (desviación de 109,5).

Tensión torsional.- La tensión debida al eclipsamiento de átomos y enlaces (giros de los enlaces).

Tensión estérica.- La tensión debida a interacciones repulsivas entre átomos o grupos de átomos que están relativamente próximos. (T. de van der Waals).

Conformaciones y estabilidades de los cicloalcanos

3

El ciclopropano presenta unos ángulos de enlace de 60º lo que supone una desviación importante con respecto a los 109.5º típica de los carbonos sp3. Por otro lado los hidrógenos se encuentran eclipsados, tres enfrentados por la cara de arriba y otros tres por la de abajo. Estos dos factores, tensión tensión angular y eclipsamiento, convierten al ciclopropano en una molécula de alta energía.

El ciclopropano es plano y no posee ningún mecanismo para disminuir esta tensión, en otros cicloalcanos se observan disposiciones espaciales que permiten minimizar los eclipsamientos entre hidrógenos.

Tensión anular en el ciclopropano

Tensión anular en el ciclobutano

El ciclobutano presenta unos ángulos de enlace entre carbonos de 90º, que provocan una tensión importante, aunque mucho menor que la soportada por el ciclopropano.

En su forma plana tiene cuatro hidrógenos eclipsados por cada cara. El ciclobutano consigue reducir los eclipsamientos, sacando del plano los carbonos opuestos.

Conformación plegada

4

Los ángulos de enlace en el ciclopentano son muy próximos a 109º, por lo que esta molécula está prácticamente libre de tensión angular.

Presenta cinto interacciones de eclipse hidrogeno-hidrógeno por cada cara, que consigue minimizar adoptando una disposición espacial llamada forma de sobre.

Tensión anular en el ciclopentano

Conformación de sobre

El ciclohexano adopta una disposición espacial en forma de silla para evitar eclipsamientos entre sus 12 hidrógenos, mientras que los ángulos de enlace se mantienen próximos a los 109º. Si miramos a lo largo de un enlace C-C se comprueba la disposición alternada de todos los sustituyentes

Forma de silla del ciclohexano

H

HH

H

H

H HH

H

HH

H

12

3 4 5

6

1

2

3

4

5

6

H axiales H ecuatoriales

5

La interconversión del anillo del ciclohexano sillaintercambia las posiciones axiales y ecuatoriales

6

El ciclohexano también puede adoptar otras conformaciones menos estables. Una es la forma de bote en la cual los carbonos 1 y 4 se hallan fuera del plano pero en la misma cara. La forma de bote es menos estable que la de silla debido al eclipsamiento de los 8 hidrógenos que se encuentran en la base del bote y a la repulsión entre los hidrógenos que se proyectan hacia el interior de bote. Esta interacción se conoce como tensión transanular

Forma de bote del ciclohexano

Interacción 1,3-diaxial

En el siguiente modelo se puede apreciar que en el confórmero ecuatorial el grupo metilo se encuentra alejado del resto de grupos. Por el contrario en el confórmero axial dicho grupo metilo se encuentra enfrentado a los hidrógenos axiales que están situados en posición 3 respecto a él. Esta proximidad espacial provoca una repulsión estérica, denominada interacción 1,3-diaxial

7

Reactividad de los cicloalcanos

Halogenación

Similar reactividad que los alcanos

Apertura ciclopropano

H2