Cicloalcano
Os cicloalcanos são hidrocarbonetos cíclicos que possuem pelo menos uma cadeia carbônica fechada. A fórmula geral dos cicloalcanos simples é CnH2n, idêntica aos alcenos.
A geometria e estabilidade dos cicloalcanos varia conforme o número de carbonos do anel. O ciclopropano, de 3 carbonos, forma ângulos CCC de 60o, bastante distante do ângulo normal para um carbono tetraédrico, enquanto no ciclobutano é 90o, no ciclopentano 108o e no ciclohexano 109,5o.
Ciclopropano
O ciclopropano é o mais simples hidrocarboneto cíclico que foi usado como um anestésico, este não tinha aplicação comercial até Henderson e Lucas descobrir as suas propriedades anestésicas em 1929. A geometria do ciclopropano conduz a uma molécula plana que apresenta seis eclipsamentos entre ligações C-H, por isso espera-se que a tensão torsional alcance as 6 kcal mol−1. Deve-se considerar que o anel de três membros tem pelo menos um ângulo de torsão de 60o, menor do que o carbono tetraédrico (109,28°), logo, a ligação C-C-C do ciclopropano gera uma sobreposição dos orbitais, que é menor do que a formada num sistema acíclico como o etano. Comparando o ângulo de ligação do carbono normal com o ciclopropano, observa-se um desvio de 49,28° (109,28° - θ ângulo interno) com relação ao ângulo normal do carbono, Baeyer dividiu esta tensão entre as duas ligações do anel de ciclopropano e, assim, chamou o ângulo de 24,44° obtido de tensão angular. Do mesmo modo fez para os outros cicloalcanos (veja Tabela 1). O ciclopropano é uma molécula necessariamente plana, todas as ligações C-C são eclipsados, e a dissubstituição é de preferência trans.
Ciclobutano
A tensão total no anel ciclobutano é quase tão grande quanto à do ciclopropano, mas é distribuída ao longo de quatro átomos de carbono. Se o ciclobutano fosse perfeitamente plano e quadrado, teria ângulos de ligação 90o. A geometria plana requer eclipsamentos de todas as ligações, no ciclobutano a distorção da planaridade diminui a tensão torsional com relação ao ciclopropano. A fim de minimizar a tensão torsional que seria gerada a partir do eclipsamento das oito ligações C-H, esta molécula se dobra ligeiramente, à custa de uma maior tensão angular, na verdade, assume uma forma ligeiramente dobrada, com ângulos de ligação de 88°.
Ciclopentano
Existem duas conformações preferidas neste anel de cinco membros: a meia cadeira e a de envelope, nas quais também são evitados, dentro do possível, os eclipsamentos entre ligações C-H, que seriam observados se a molécula fosse plana (livre de tensão angular, porém com 10 kcal mol-1 de tensão torsional). Na conformação de envelope, o metileno situado fora do plano tem suas ligações C-H alternadas com relação às ligações vizinhas. Como mostrado na Figura, esta estrutura do ciclopentano é dinâmica: mediante giros sucessivos das ligações C-C, se formam cinco confôrmeros distintos, em que quatro carbonos residem no plano, porém o quinto fica fora do plano. Este movimento sincronizado de cima para baixo dos cinco carbonos é denominado pseudorrotação, Veja Fuchs, Further Reading10
Cicloexano
O estudo conformacional do cicloexano é mais complexo. A conformação mais estável do cicloexano é tridimensional, chamada de "conformação cadeira" e define as posições dos hidrogênios como axiais e equatoriais. Existe um equilíbrio com outras conformações chamadas de barco, barco-torcido e outra conformação cadeira. Um estudo mais detalhado está no tópico conformação do cicloexano.
O nome dos cicloalcanos é derivado do alcano de cadeia aberta com o mesmo número de carbonos, incluindo o prefixo “ciclo”. No caso de cicloalcanos monosubstituídos, indica-se o radical ligado à estrutura, e para cicloalcanos com mais de um substituinte, numera-se de forma a ter o menor número para o conjunto dos substituintes, com prioridade seguindo a ordem alfabética. O nome dos cicloalcanos segue a regra: Nomenclatura: CICLO + prefixo do número de carbonos no ciclo + AN + O.
As propriedades físicas dos hidrocarbonetos cíclicos assemelham-se às dos hidrocarbonetos alifáticos correspondentes de cadeia aberta, embora os pontos de fusão e ebulição e as densidades desses compostos sejam ligeiramente mais altos. Por serem compostos apolares, dissolvem-se apenas em solventes apolares ou fracamente polares e são insolúveis em água.
O ciclopropano e o ciclobutano sofrem reações de adição de H2 e Br2. Já o ciclopentano e o cicloexano sofrem reações de substituição. A reatividade dos anéis pequenos é atribuída a sua menor estabilidade.
Suas estruturas moleculares fazem parte da estrutura de pesticidas, herbicidas e alguns são utilizados diretamente como solventes, como o cicloexano.
