ציקלואלקן

בכימיה אורגנית, ציקלואלקן הוא סוג של אלקן המכיל טבעת סגורה של אטומי פחמן וקשר כפול אחד או יותר כחלק מן הטבעת, ואין לו אופי ארומטי. ציקלואלקנים מסוימים, כגון ציקלובוטן וציקלופנטן, יכולים לשמש כמונומרים לייצור שרשראות פולימריות. עקב שיקולים גאומטריים, ציקלואלקנים בעלי מספר קטן של פחמנים בטבעת הם כמעט תמיד בעלי איזומריית ציס, והמונח ציס מושמט לעיתים משמותיהם. ציקלואלקנים דורשים חפיפה ניכרת של אורביטלי p בצורת גשר בין הפחמנים בקשר הכפול פחמן-פחמן. עם זאת, אין הדבר אפשרי במולקולות קטנות יותר עקב העלייה במתח הקשר שעלול לפרק את המולקולה. טרנס-ציקלואלקנים עם 7 אטומי פחמן או פחות בטבעת לא ייווצרו בתנאים רגילים בגלל המתח הטבעתי הגדול. בטבעות גדולות יותר (8 אטומים או יותר), עשויה להתרחש איזומריית ציס - טרנס של הקשר הכפול. דפוס יציבות זה מהווה חלק ממקור כלל ברדט, הצופה שאלקנים אינם נוצרים בראש הגשר של סוגים רבים של מערכות טבעות מגושרות  מכיוון שהאלקן חייב להיות בקונפיגורציית טרנס באחת הטבעות המגושרות.

 דוגמאות 

 מִנוּחַ (נומנקלטורה) 
לציקלואלקנים מערכת מינוח דומה לזו של האלקנים, אך הפחמנים ממוספרים החל מפחמן על הקשר הכפול, דרך הקשר הכפול וסביב הטבעת, זאת כדי לשמור על אינדקסים קטנים.

 תכונות 
לציקלואלקנים קטני-טבעת יש מאמץ-זווית-קשר גדול בכ-20° מאשר לציקלואלקאן בעל אותו מספר של פחמנים. הסיבה לכך היא שזווית הקשר עבור אלקן, C-C=C, היא 122°, בעוד שזווית הקשר עבור אלקאן, C-C-C, היא 112°. כאשר הפחמנים יוצרים טבעת קטנה, האלקן בעל זווית הקשר הגדולה יותר מתעוות יותר מאשר מתעוות האלקאן, ויוצר מאמץ-זווית-קשר גדול יותר.

לציקלואלקנים נקודת התכה נמוכה יותר מאשר לציקלואלקאנים באותו גודל. נקודת ההיתוך הנמוכה יותר נובעת מהקשר הכפול המונע מהתרכובת להתארגן בצורה קומפקטית.

ציקלואלקנים משקפים בדרך כלל תכונות פיזיקליות של הציקלואלקאן הדומה להם. בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספירי, רק הציקלואלקנים הקטנים יותר הם גזים. ציקלואלקנים ריאקטיבים יותר מציקלואלקאנים עקב צפיפות האלקטרונים של הקשר הכפול.

 איזומרי טרנס 
כאמור, ציס-איזומרים של ציקלואלקנים יציבים יותר מאשר טרנס-איזומרים. עם זאת, ברמה הניסויית והחישובית, תכונה זו רבת משמעות רק לציקלואלקנים עם 10 פחמנים או פחות, והאפשרות להיווצרות טרנס-איזומר סבירה יותר ככל שמספר הפחמנים עולה.

הטרנס-איזומרים היציבים ביותר של ציקלואלקנים בעלי 10 טבעות או יותר מציגים 4 חריגות מהנורמות הגאומטריות הסטנדרטיות. אי-הסדירות הראשונה היא מישורי מתמירים מעוותים לאורך C=C. כל פחמן ושני מתמיריו יוצרים מישור, אך שני מישורים אלו אינם אותו מישור. פיתול זה עשוי להוביל לפירמידליזציה ויוצר אלקן פירמידלי שהוא אי-הסדירות השנייה. זווית פיתול גדולה יותר נוצרת בדרך כלל בטבעות עם מספר פחמן נמוך יותר ויורדת ככל שמספר הפחמנים עולה. פירמידליזציה חשובה בטבעות עם מספר פחמן גבוה יותר, מכיוון שהיא מגדילה את החפיפה בין מסלולי p ליציבות, ומפחיתה את מאמץ הפיתול.

אורך הקשר בין C=C לבין הפחמנים הסמוכים עשוי להשתנות אף הוא עם שינוי מספר הפחמנים בטבעת. בציקלואלקנים קטנים יותר, צפוי שהקשרים יהיו אחידים יותר באורכם כדי להפחית את המתח המקסימלי, אך לדוגמה, לטרנס-ציקלוהפטן יש אורכי קשר משתנים. כמו כן, הפחמנים הוויניליים על טרנס-ציקלוהקסנים מציגים אורכי קשר ארוכים יותר מאשר האיזומר הציס שלהם עבור טרנס-ציקלוהפטן עד טרנס-ציקלונונן (ציקלואלקנים עם 7 פחמנים ו-9 פחמנים).

 סינתזה 
 סגירת טבעת 
מטתזה של סגירת טבעת מחליפה קבוצות פונקציונליות מאלקן עם קשר כפול בקצה אחד או יותר ליצירת ציקלואלקן. תהליך זה יכול לשמש ליצירת ציקלואלקנים בתצורות E או Z, בהתאם לסטריאוכימיה של המגיבים.
טקסט=Formation of a cycloalkane via ring closing metathesis|מרכז|לא ממוסגר|היווצרות ציקלואלקאן באמצעות מטאתזה של סגירת טבעת

 חיזור בירץ' 
חיזור בירץ'  היא שיטה אפשרית לחיזור תרכובות ארומטיות לציקלואלקנים, ובפרט ציקלוהקסדיאן.
טקסט=Formation of a cycloalkane via Birch Reduction|מרכז|לא ממוסגר|היווצרות ציקלואלקאן באמצעות חיזור ליבנה

 תגובת דילס-אלדר 
תגובת דילס-אלדר, מצרפת דיאן מצומד ואלקן ליצירת ציקלואלקן. זהו תהליך בו קשרים נוצרים ונשברים בו זמנית.
טקסט=Formation of a cycloalkane via a Diels-Alder Reaction|מרכז|לא ממוסגר|היווצרות ציקלואלקן באמצעות תגובת דילס-אלדר

 תגובות ציקליזציה 
תגובות ציקליזציה, או תגובות חיבור תוך-מולקולריות, יכולות לשמש ליצירת ציקלואלקנים. תגובות אלו יוצרות בעיקר ציקלופנטנונים, ציקלואלקן המכיל שתי קבוצות פונקציונליות: ציקלופנטן וקבוצת קטון. עם זאת, ניתן לייצר גם ציקלואלקנים אחרים, כגון ציקלואוקטטרן, בתגובה זו.
טקסט=Formation of a cyclohexane from a non-cyclic compound via a Cyclization Reaction|מרכז|לא ממוסגר|350x350 פיקסלים|היווצרות ציקלוהקסאן מתרכובת לא ציקלית באמצעות תגובת ציקליזציה

 תגובות אלקטרוציקליות 
ניתן לסנתז תגובות של מערכות כפולות מצומדות לציקלואלקנים באמצעות תגובות אלקטרוציקליות.  חימום או פוטוליזה גורמות לתגובה הפיכה הגורמת לקשר פאי אחד להפוך לקשר סיגמא, אשר סוגר את הטבעת ויוצר ציקלואלקן.
טקסט=Formation of a cycloalkane via an electrocyclic reaction|מרכז|לא ממוסגר|היווצרות ציקלואלקאן באמצעות תגובה אלקטרוציקלית

 תגובות מקמרי תוך-מולקולריות 
כאשר שתי קבוצות קרבוניל מצומדות ועוברות תגובת מקמרי, קיימת אפשרות להיווצרות ציקלואלקנים בתנאים ספציפיים. כאשר שני הקרבונילים נמצאים באותה מולקולה ואינם מופרדים מספיק זה מזה, ניתן ליצור ציקלואלקן באמצעות תגובת מקמרי תוך-מולקולרית.
טקסט=Formation of a cycloalkane via an Intramolecular McMurry Reaction|מרכז|לא ממוסגר

 ראו גם

 תרכובת אליציקלית
 אלקן
 ציקלואלקאן
 ספירט לבן

 הערות שוליים 

קטגוריה:דפים עם תרגומים שלא נסקרו