વિકૃતિ-સિદ્ધાંત (strain theory) : નાનાં વલયો(rings)વાળાં એલિફેટિક (aliphatic) ચક્રીય (cyclic) સંયોજનોની ક્રિયાશીલતા અને તેમનું સ્થાયિત્ય (stability) દર્શાવતો સિદ્ધાંત. આ સિદ્ધાંત મ્યૂનિક યુનિવર્સિટીના એડૉલ્ફ વૉન બાયરે 1885માં રજૂ કર્યો હતો. બાયરે સૌપ્રથમ દર્શાવ્યું કે સમચતુષ્ફલક (regular tetrahedron)ના ખૂણા (corners) અને કેન્દ્ર (centre) વચ્ચે બનતો કોણ (angle) 109° 28´, એ સમપંચભુજ નિયમિત પંચકોણ(regular pentagon)ના (108°) અને સમષટ્ભુજ (નિયમિત ષટ્કોણ(regular hexagon)ના કોણ(120°)નાં મૂલ્યોની વચ્ચેનો હોય છે. આ અવલોકન ઉપરથી બાયરે તેમનો વિકૃતિ સિદ્ધાંત રજૂ કર્યો. આ સિદ્ધાંત મુજબ કોણના પ્રસામાન્ય (normal) મૂલ્ય(109° 28´)થી સંયોજકતાકોણ(valency angle)માં ફેરફાર થઈ શકે છે, પણ જ્યારે આવો ફેરફાર થાય છે ત્યારે અણુમાં એક પ્રકારનો તણાવ કે વિકૃતિ ઉદ્ભવે છે અને પ્રસામાન્ય કોણથી જેટલું વધુ વિચલન તેટલી વધુ વિકૃતિ. આમ બાયરના સિદ્ધાંત મુજબ પાંચ અને છ સભ્યોવાળાં વલયો સહેલાઈથી બને છે અને તેઓ સૌથી વધુ સ્થાયી હોય છે, કારણ કે પ્રસામાન્ય સંયોજકતા-કોણથી તેઓ સૌથી ઓછાં વિકૃત કે વિરૂપિત હોય છે.
જો બધાં વલયોને સમતલીય (planar) ધારી લઈએ તો પ્રત્યેક વલયના પરિમાપમાં ઉદ્ભવતી વિકૃતિ ગણી શકાય છે; દા.ત., સાઇક્લોપ્રોપેનમાં ત્રણેય કાર્બન-પરમાણુઓ એક સમભુજ ત્રિકોણના ખૂણાઓ પર રહેલા હોય છે. આવા ત્રિકોણના કોણ 61°ના હોવાને લીધે સાઇક્લોપ્રોપેનમાં આવેલી વિકૃતિ :
d = ½ (109° 28´ – બંધકોણ)
= ½ (109° 28´ – 61°)
= + 24° 44´ જેટલી થશે.
અહીં બંધકોણમાંનો તણાવ બંને બંધો દ્વારા સમાન ભાગે વહેંચાઈ જાય છે તેમ માનવામાં આવેલ છે. સારણી-1માં આવા તણાવ દ્વારા થતી વિકૃતિ દર્શાવી છે.
* અહીં ઋણાત્મક સંયોજકતા વિચલનમૂલ્ય વધુ મોટો સંયોજકતા-કોણ સૂચવે છે. @ કુલ વિકૃતિ = (વલયમાં c પરમાણુની સંખ્યા) x અવલોકિત દહન-ઉષ્મા/CH2 (n-આલ્કેન્સ માટે અવલોકિત દહન-ઉષ્મા/CH2)
આકૃતિ 1 : વિકૃતિ અંગેની બાયરની ગણતરી
આ મૂલ્યો દર્શાવે છે કે ઇથિલીનથી (તેને બે સભ્યવાળું વલય ગણતાં) સાઇક્લોપેન્ટેન સુધી તણાવ કે વિરૂપણ ઝડપથી ઘટે છે અને પછી તેમાં ખૂબ ધીમેથી વધારો થાય છે. આમ જેમ વલયો નાનાં (ઇથિલીન સહિત) તેમ વિરૂપણ(distortion)ની અસર વધુ વરતાય છે અને તેને કારણે આવાં વલયોની ક્રિયાશીલતા વધતી જોવા મળે છે.
બાયરનો સિદ્ધાંત સંયોજકતાના ખ્યાલ ઉપર આધારિત છે. તેમાંની બધાં જ વલયો સમતલીય હોવાની ધારણા ખોટી સાબિત થઈ છે. પ્રથમ તો ભૌતિક રીતો દ્વારા હવે નક્કી થયું છે કે સાઇક્લોપ્રોપેન સિવાય બધાં જ વલયો સમતલીય હોતાં નથી. બીજું ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીય ગણતરીઓ બંધ-કોણમાં ખૂબ મોટો ફેરફાર (વિકૃતિ) માન્ય રાખતી નથી. કૂલસન (Coulson) વગેરે(1949)ની ગણતરી મુજબ સૌથી નાનો કાર્બન સંયોજકતા-કોણ 114° જેટલો હોય છે. આથી કૂલસને એવું સૂચવ્યું કે સાઇક્લોપ્રોપેનમાં કાર્બનના સંકરિત (hybridised) કક્ષકો એકબીજા તરફ સીધી લીટીમાં દોરવાયેલા હોતા નથી અને પરિણામે અતિવ્યાપન(overlap)માં ઘટ આવે છે. સાઇક્લોપ્રોપેનના અણુમાં જે વિકૃતિ છે તે તેના વળેલા બંધ(bent bonds)ને કારણે છે. આ જ રીતે સાઇક્લોબ્યૂટેનમાં પણ વળેલા બંધ હોય છે; પરંતુ અતિવ્યાપનની ઘટ (loss) સાઇક્લોપ્રોપેનને મુકાબલે ઓછી હોય છે. રાસાયણિક સ્થાયિત્વ વિવિધ રીતોથી માપી શકાય છે. હાઇડ્રોકાર્બનો માટે દહન-ઉષ્માનું પરિમાપન સરલ છે. તેના લીધે ઉષ્મા રાસાયણિક સ્થાયિત્વનું પરિમાપ મળે છે, જે કુલ વિકૃતિ (બાયર તથા અન્ય તણાવો) સૂચવે છે.
રૂઝિસ્કા, સાક્સે, મોહર વગેરેએ બાયરનો વિકૃતિ-સિદ્ધાંત ખોટો ઠરાવ્યો છે અને તેના ઉપરથી સ્થાયિત્વ તથા ક્રિયાશીલતા સમજાવવા માટે તણાવ-રહિત વલયોનો સિદ્ધાંત અસ્તિત્વમાં આવ્યો છે.
વિકૃતિ-સિદ્ધાંતના સંદર્ભમાં એકચક્રી (monocyclic) પ્રણાલીઓનાં વલય-પરિમાપ (ring size)નું વર્ગીકરણ વલયમાં આવેલાં કાર્બન(c)પરમાણુઓની સંખ્યા અને વલય-વિકૃતિ પ્રમાણે કરવામાં આવે છે :
| વલય-પરિમાપ | c પરમાણુઓની સંખ્યા | વિકૃતિ |
| નાનાં વલયો | 3થી 4 | ઊંચી વિકૃતિ (મુખ્યત્વે બંધ- કોણ દ્વારા) |
| નિયમિત (regular)
અથવા સામાન્ય (common) વલયો |
5થી 7 | સાધારણથી નહિવત્ વિકૃતિ
(મુખ્યત્વે મરડાવાને લીધે વિમોટની (tortional) |
| મધ્યમ પરિમાપવાળાં
વલયો |
8થી 11 | ઊંચી વિકૃતિ (મુખ્યત્વે
પારવલય, વાન દર વોલ્સ બળો, તથા બંધ-કોણ દ્વારા |
| મોટાં વલયો | ≥ 12 | ખૂબ ઓછી અથવા સહેજ
પણ વિકૃતિ નહિ (મુખ્યત્વે વિમોટની) |
જ. પો. ત્રિવેદી