- Cyclopropane
- 60도의 C-C-C 결합각 스트레인 + 인접한 C-H 결합이 가리워져(eclipsed) 있어 높은 비틀림 스트레인
- 60도 결합각이 가능한 이유: cyclopropane이 굽은 결합(bent bond)을 가지고 있기 때문. 즉, 오비탈들이 서로 똑바로 향하지 않고 작은 각으로 겹쳐서 전형적인 알케인 결합보다 약하고, 반응성이 더 크다.
- Cyclobutane
- cyclopropane보다 작은 결합각 스트레인을 갖지만, 고리에 수소 수가 더 많아 더 큰 비틀림 스트레인을 가짐.
- 완전한 평면 구조가 아닌 하나의 탄소가 다른 세 개 탄소가 이루는 평면에서 약 25도 정도 위쪽에 놓여 있는 작은 굽은 결합.
- 이러한 약간 굽은 효과는 결합각 스트레인을 증가시키지만 비틀림 스트레인은 감소시켜 에너지 균형을 이룸.
- Cyclopentane
- 평면형일 때 결합각 스트레인은 없지만 비틀림 스트레인이 큼. 따라서 에너지 균형을 위해 주름 잡힌 비평면 형태를 취하면서 꼬여 있음.
- 탄소 원자 중 네 개는 거의 동일한 평면에 존재하며 나머지 다섯번째 탄소는 평면의 밖으로 굽어 있는 형태.
Problem 4-10. How many H ↔ H eclipsing interactions would be present if cyclopentane were planar? Assuming an energy cost of 4.0 kJ/mol for each eclipsing interaction, how much torsional strain would planar cyclopentane have? Since the measured total strain of cyclopentane is 26 kJ/mol, how much of the torsional strain is relieved by puckering?
Answer.
cyclopentane이 planar였다면 모든 수소가 이웃한 수소와 eclipsing interaction을 가질 것이다. 그렇다면 총 10 개의 H-H interaction이 있을 것이고, 이는 총 40.0 kJ/mol에 해당한다. 하지만 cyclopentane의 total strain이 26 kJ/mol이라는 것은, 14 kJ/mol에 해당하는 에너지가 puckering으로 인해 relieved되었다는 의미다.
Problem 4-11. Two conformations of cis-1,3-dimethylcyclobutane are shown. What is the difference between them, and which do you think is likely to be more stable?
Answer.
두 구조를 입체화학적으로 나타내면 아래와 같다. 이때 (a) 구조가 두 메틸기 간의 거리가 멀어 입체 스트레인이 적으므로 (a)가 더 안정한 구조이다.
