사이클로알켄(cycloalkene) 또는 사이클로올레핀(cycloolefin)은 유기화학에서 탄소 원자로 이루어진 닫힌 고리와 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하지만, 방향족성(aromaticity)을 가지지 않는 알켄 탄화수소의 일종이다.
사이클로알켄은 최소 3개의 탄소 원자로 고리를 형성할 수 있으며, 실질적으로 안정한 구조를 갖기 위해서는 일반적으로 5개 이상의 탄소 원자가 필요하다. 작은 고리 사이클로알켄(예: 사이클로뷰텐, 사이클로펜텐)은 단량체로 사용되어 중합체 사슬을 생성할 수 있다.
구조적 특징 및 입체화학
기하학적 고려사항으로 인해, 작은 사이클로알켄은 거의 항상 시스(cis) 이성질체 형태로 존재하며, '시스'라는 용어는 명명에서 생략되는 경향이 있다. 탄소-탄소 이중 결합은 상당한 p-오비탈 중첩을 필요로 하지만, 작은 고리 분자에서는 고리 변형(ring strain) 증가로 인해 트랜스(trans) 이성질체가 실현되기 어렵다. 고리에 탄소가 7개 이하인 트랜스-사이클로알켄은 필요한 고리 변형이 크기 때문에 정상적인 조건에서는 발생하지 않는다. 더 큰 고리(8개 이상의 원자)에서는 이중 결합의 시스-트랜스 이성질체가 발생할 수 있다. 이러한 안정성 패턴은 브레트 규칙(Bredt's rule)의 기원 중 일부를 형성한다.
명명법
사이클로알켄은 알켄과 유사한 명명 체계를 따르며, 탄소는 이중 결합의 한 탄소에서 시작하여 이중 결합을 통해 고리를 따라 번호가 매겨진다. 이 방법은 인덱스 번호를 작게 유지하는 데 사용된다. 예시로 1-메틸사이클로헥센, 3-메틸사이클로헥센 등이 있다.
물리적 성질
고리 크기가 작은 사이클로알켄은 같은 크기의 사이클로알케인보다 약 20° 더 많은 결합각 변형을 가진다. 이는 알켄의 결합각 C-C=C가 약 122°인 반면, 알케인 C-C-C의 결합각은 약 112°이기 때문이다. 사이클로알켄은 같은 크기의 사이클로알케인보다 융점이 낮은데, 이는 이중 결합이 화합물의 조밀한 패킹(packing)을 방해하기 때문이다. 작은 사이클로알켄은 기체 상태이며, 대부분의 다른 것들은 액체 상태이다.
합성 반응
사이클로알켄은 다양한 합성 경로를 통해 제조된다.
- 고리 닫힘 복분해(ring-closing metathesis): 하나 또는 여러 말단 알켄의 작용기 교환을 통해 사이클로알켄을 형성한다.
- 버치 환원(Birch reduction): 방향족 화합물을 사이클로알켄(특히 사이클로헥사다이엔)으로 환원한다.
- 다이엘스-알더 반응(Diels-Alder reaction): 공액 다이엔과 알켄의 사이클로첨가 반응으로 사이클로알켄을 형성하는 협동 과정이다.
- 고리화 반응(cyclization reaction): 분자 내 첨가 반응을 통해 사이클로알켄을 합성한다.
- 전자고리화 반응(electrocyclic reaction): 공액 이중 결합 시스템에 열 또는 광분해를 가하여 고리가 닫히고 사이클로알켄이 생성된다.
- 분자 내 맥머리 반응(McMurry reaction): 두 개의 카르보닐 그룹이 같은 분자 내에서 결합하여 사이클로알켄을 형성할 수 있다.
활용
사이클로알켄은 다양한 천연물에서 발견되며, 사이클로헥센과 같은 일부 사이클로알켄은 벤젠의 촉매 수소화 반응을 통해 공업적으로 합성된다. 이들은 중합체 제조, 유기 합성 중간체, 의약품 및 농약 합성 등 다양한 분야에서 사용된다.
