Напряженность циклов. 
Теория Байера

После того как было доказано существование циклических систем с разным числом атомов углерода в кольце, возник вопрос об их относительной устойчивости, которая вначале исследовалась чисто эмпирически. Первоначально была установлена лишь непрочность четырехчленных и особенно трехчленных циклов, а шестичленному кольцу долгое время приписывалась исключительная по сравнению со всеми другими циклами устойчивость. Однако постепенно стало ясно, что все циклы, начиная с пятичленного, довольно близки по устойчивости.

Первые общие теоретические соображения, касающиеся относительной устойчивости различных циклов, были высказаны Байером в 1885 г. на основе представления Вант-Гоффа о тетраэдрической модели углеродного атома. Байер исходил из двух предположений: во-первых, о том, что циклические структуры должны быть плоскими, а во-вторых, что отклонение валентных углов от угла 109°28^/ (угол между направлениями связей в правильном тетраэдре) является мерой напряженности цикла.

Такие отклонения для каждого направления валентностей легко рассчитать: они составляют половину разности между 109°28^/ и величиной внутреннего угла соответствующего правильного многоугольника. Например, для циклопропана (109°28' - 60°)/2 = 24°44.

Теоретически для шести простейших циклов эти отклонения имеют следующие значения:

Циклопропан…+24°44' Циклогексан…-5°16'.

Циклобутан…+9°44' Циклогептан…-9°33'.

Циклопентан…+0°44' Циклооктан…-12°5Г Мера напряженности цикла обусловливает легкость или трудность образования цикла и его относительную устойчивость. Таким образом, по Байеру, наиболее устойчивым должен быть пятичленный цикл, а следующим по устойчивости — шестичленный. Четырехчленный и семичленный циклы должны обладать меньшей и почти одинаковой степенью устойчивости. Высшие же циклы должны быть все менее и менее устойчивыми. В дальнейшем оказалось, что этот вывод неверен, так как циклы с числом СН₂-групп больше четырех не являются плоскими и поэтому почти свободны от напряжения. Однако теория напряжения является все же важным фактором, приводящим к тому, что среди весьма широко распространенных в природе алициклических соединений пятии шестичленные циклы преобладают над структурами с малыми и большими циклами.