Rengasjännitys

Rengasjännitys on rengasrakenteisissa molekyyleissä, erityisesti syklisissä hiilivedyissä, esiintyvä rakennetta destabiloiva efekti, joka johtuu tavanomaisista poikkeavista sidoskulmista. Tyydyttyneillä sp3-hydridisoituneilla hiiliatomeilla vähiten jännittynyt sidoskulma on 109,5°. Mikäli sidoskulma poikkeaa tästä, molekyyliorbitaalien väliset vuorovaikutukset aiheuttavat sidoksiin jännitystä, mikäli tekee molekyyleistä epästabiilimpia. Rengasjännitykseen liittyvän energian arvo voidaan selvittää joko kokeellisesti tai laskennallisesti.

Rengasjännitys sykloalkaaneissa
Sykloalkaaneissa rengasjännitys voidaan jakaa kolmeen luokkaan, jotka ovat sidoskulmista aiheutuva jännitys eli Baeyer-jännitys, konformationaalinen jännitys eli Pitzer-jännitys ja transannulaarinen jännitys eli Dunitz–Schomaker-jännitys. Pienillä sykloalkaaneilla eli syklopropaanilla, syklobutaanilla ja niiden homo- ja heterosyklisillä johdannaisilla on hyvin suuri jännitysenergia. Näiden rengasrakenteiden jännityneisyys johtuu niiden voimakkaasti optimaalisista poikkeavista sidoskulmista, jotka syklopropaanilla ovat 60° ja syklobutaanilla 90°. Koska näissä renkasirakenteissa rengasjännitys on hyvin suuri, tapahtuu syklopropaaneille ja syklobutaaneille usein rankaanavautumisreaktioita, joiden avajana voimana on jännityksen purkautumisessa vapautuva energia.

Syklopentaanilla, sykloheksaanilla ja sykloheptaanilla on hyvin pieni rengasjännitys, koska niiden sidoskulmat ovat lähinnä optimaalisinta. Niillä ja niitä suuremmilla renkailla esiintyy eri konformaatioiden välisiä jännityksiä ja eri konformaatiot ovat stabiilimpia kuin toiset. Sykloheksaanin jälkeen rengasjännityksen arvon nouseminen aina syklododekaaniin asti johtuu konformationaalisesta jännityksestä ja transannulaarisesta jännityksestä eli jännityksestä joka johtuu eli puolilla renkasta olevista protoneista tai muista substituenteista, jotka eivät ole sitoutuneet vierekkäisiin rengasrakenteen hiiliatomeihin. Renkaan kasvaessa yli 12-atomiseksi rengasjännitys on hyvin pieni.

Laskennallisesti rengasjännitys sykloalkaaneille voidaan määrittää kaavalla:
), missä Hf on yhtä monta hiiliatomia sisältävän asyklisen alkaanin muodostumisentalpia ja n on renkaan hiiliatomien lukumäärä.

Allaolevassa kuvassa on esitetty eräiden sykloalkaanien rengasjännityksen arvoja

Lähteet

Kemiallinen sitoutuminen