Tensión Anular

Solapas principales

Tensión anular en el ciclopropano

Como puede observarse en el modelo molecular, 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 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.

Tensión anular en el ciclopentano

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.

 

Comentarios

Imagen de Jordi

Quisiera complementar un poco lo mencionado en este post.

Se podría dar una definición de tensión anular de la siguiente forma...

En una estructura cíclica cualquiera (es típico de los cicloalcanos, pero se puede extender a otros casos) se denomina tensión anular al aumento energético de la molécula provocado por la flexión de los enlaces en ángulos distintos al que corresponde según la hibridación que presenten los átomos de carbono presentes en el enlace. Tal y como describe German en este post, la estabilidad de ciertos cicloalcanos es inferior a lo que aparentemente debería ser si sólo considerásemos el número de átomos de carbono que conforman el anillo y el tipo de enlace que interviene. Esa disminución de la estabilidad (o aumento de la energía interna de la molécula, según como queramos describirlo) se debe a que la formación del anillo comporta la existencia de ángulos de enlace que obligan a formar orbitales moleculares mediante el solapamiento de orbitales híbridos en ángulos alejados del ángulo natural de éstos.

En efecto, los orbitales híbridos sp3 presentan un ángulo normal de 109º 28' entre ellos, pero cuando se forma un enlace entre estos orbitales en una molécula cíclica como es el caso del ciclopropano, la disposición de los enlaces corresponde a un ángulo de 60º. Como es fácil de ver, la diferencia de ambos ángulos es notable, de modo que el orbital molecular formado por el solapamiento entre los dos orbitales híbridos sp3 de los átomos enlazados tendrá una geometría forzada respecto a la que tendría en una molécula lineal en la que el solapamiento se produce sin distorsión del ángulo. En consecuencia, aparece un incremento en la energía interna de la molécula debido a esta torsión del enlace, que aparece tan sólo en moléculas cíclicas. Esto es lo que llamaremos torsión anular.

El otro concepto que debemos tener presente para entender las estructuras de muchos compuestos orgánicos (no sólo de los cicloalcanos, ya que aparecerá en muchos otros casos) es el de eclipsamiento...

Podemos definir el eclipsamiento (en general, entre átomos cualesquiera, aunque lo más habitual es referirse a los átomos de hidrógeno) como la posición enfrentada de dos átomos, no unidos a un mismo átomo común, que ocasiona una fuerza de repulsión entre las nubes electrónicas de ambos debido a su relativa proximidad. Esta repulsión se manifiesta en un aumento de la energía interna de la molécula en aquellas conformaciones en que se produzca el eclipsamiento.

Por sí solo, el eclipsamiento no impide la existencia de las conformaciones eclipsadas ya que las variaciones de energía interna son muy pequeñas y son fácilmente superadas por la rotación alrededor del enlace en el que se está produciendo el eclipsamiento. No obstante, si unimos este fenómeno con la torsión anular que aparece en los cicloalcanos, habrá que considerar ambos factores para explicar las estructuras de estos hidrocarburos.