In natura i composti con cicli di cinque e sei anelli sono molto abbondanti. Tuttavia, i cicli a tre e quattro membri compaiono molto raramente nei prodotti naturali.
Stabilità nei cicloalcani
Questi fatti sperimentali suggeriscono la maggiore stabilità dei cicli di cinque o sei membri rispetto a quelli di tre o quattro.
Nell'anno 1885, il chimico tedesco Adolf von Baeyer propose che l'instabilità dei piccoli cicli fosse dovuta alla tensione degli angoli di legame. I carboni sp3 hanno angoli di legame naturali di 109,5º, nel ciclopropano questi angoli sono di 60º, che è una deviazione di 49,5º. Questa deflessione si traduce in stress, che provoca instabilità nella molecola.
Il ciclobutano è più stabile poiché i suoi angoli di legame sono di 90º e la deflessione è di soli 19,5º. Baeyer ha applicato questo ragionamento agli altri cicloalcani e ha predetto che il ciclopentano dovrebbe essere più stabile del cicloesano.
Stress angolare
Osservare gli angoli di legame dei diversi cicloalcani:
Poiché l'angolo naturale di un carbonio sp 3 è di 109,5°, von Baeyer dedusse che il cicloalcano più stabile fosse il ciclopentano. Tuttavia, sappiamo che Baeyer aveva torto poiché il cicloalcano a più bassa energia (più stabile) è il cicloesano. L'errore di Bayer sta nell'assumere che i cicloalcani siano planari e che l'unico tipo di deformazione che presentano sia dovuto agli angoli di legame.
Tipi di stress dell'anello
Esistono tre tipi di stress che destabilizzano i composti ciclici:
1.- Tensione angolare di legame, dovuta ad angoli diversi da 109,5º.
2.- Tensione eclissante, dovuta ad atomi o gruppi di atomi vicini, che subiscono repulsioni (tensione sterica).
Il ciclopropano presenta una tensione molto importante, a causa dei bassi angoli di legame e delle interazioni tra idrogeni (eclissazioni).
