1) Thuyết A.Baye
Để giải thích tính bền của các xyclo ankan trên đây, năm 1885 giáo sư Baye Adong đã đưa ra một thuyết thường gọi là thuyết sức căng để giải thích tính bền vững tương đối của các vòng xycloankan.
Ta biết rằng, góc lập bởi lai hoá ở trung tam hình tứ diện của nguyên tử cacbon no (lai hoá sp3) bằng 109028’. Baye đã cho rằng, tất cả các nguyên tử của vòng đều nằm trong một mặt phẳng, do đó các góc hoá trị của nguyên tử cacbon bị lệch đi khỏi hướng bình thường, và góc trong xyclo propan là 600C, xyclo butan là 900C, xyclo pentan là 1080, xyclo hecxan là 600. Vì vậy, ở trong các xyclo butan, góc tứ diện của nguyên tử cacbon bị xâm phạm gây ra một sức căng gọi là sức căng Baye. Theo Baye, độ lệch của góc hoá trị càng lớn, sức căng này càng to thì vòng càng kém bền. Trên cơ sở đó, Baye giải thích những đặc điểm khác nhau trong tính chất của các xycloankan có độ lớn của vòng khác nhau. 2 ' 28 1090
là góc đa diện đều của vòng.
Giá trị sức căng Baye được tính cho các xyclo ankan có n nguyên tử C như sau: n 3 4 5 6 7 8 9
24044’ 9044’ 0044’ -5016’ -9033’ -12046’ -36016’
Như vậy, theo Baye, vòng có sức căng lớn nhất là xyclopropan rồi đến xyclobutan và các vòng lớn. Vòng có sức căng nhỏ nhất là xyclo pentan. Thực nghiệm cho thấy rằng, đối với các vòng như xyclo propan, xyclo pentan, xyclo butan sức căng của vòng (Baye) phù hợp với các tính chất của vòng. Nhưng đối với xyclo hecxan và các vòng lớn hơn, sức căng Baye không còn ý nghĩa. Xyclo hecxan có vòng lớn hơn xyclo pentan nhưng nó lại rất bền, bền hơn xyclo pentan. Điều này chỉ có thể giải thích rằng trong khi đưa ra thuyết của mình, Baye đã phạm sai lầm là coi tất cả các cấu tử cấu tạo nên vòng đều nằm trong một mặt phẳng.
2) Quan niệm hiện đại về cấu tạo của hợp chất vòng
Theo quan niệm này, độ bền của hợp chất vòng phụ thuộc vào sức căng Baye (sức căng góc liên kết), sức căng Fitze (lực tác dụng tương hỗ của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử kề nhau của vòng), lực Vandervaals của các nhóm không kề nhau. Các nguyên tử cacbon trong ankan có lai hoá sp3, do đó, để hình thành liên kết chúng hướng các obital này lại với nhau và để có sự xen phủ cực đại, các góc liên kết phải là 109028’.
Trong phân tử xyclo propan, góc liên kết không thể là 109028’ mà chỉ có thể là 600, do đó nguyên tử cacbon không thể hướng các obitan lai hoá sp3 thẳng hàng lại với nhau nên sự xen phủ sẽ ít hơn, liên kết kém bền hơn.
Trong trường hợp phân tử xyclo butan, để giảm bớt sức căng, một nguyên tử cacbon của vòng đã nằm ngoài mặt phẳng của 3 nguyên tử cacbon còn lại nên đã tạo ra khả năng xen phủ cao hơn và vòng bền hơn.
Để tránh các sức căng, xyclopentan có các cấu dạng thuận lợi nhất là dạng nửa ghế và dạng phong bì.
Xyclo hecxan có các cấu dạng: ghế, xoắn, thuyền.
Nếu phân tử xyclo hecxan tồn tại dưới dạng ghế thì trong đó có hai loại hyđro liên kết khác nhau: 6 liên kết thẳng góc với mặt phẳng ghế là liên kết axial (a) còn 6 liên kết nằm trong mặt phẳng ghế là liên kết equatorial (e)
.