组成烃分子的碳原子相互连接成环状的，叫环烃，在环烃分子中，碳原子之间全是单键相互结合的叫环烷烃，也叫饱和脂环烃。由三个、四个碳原子组成的环烷烃，环的稳定性较差，在一些试剂的作用下易发生开环反应。五个以上碳原子构成的环较稳定。这些环烷烃的性质与饱和链烃相似。以下是几种环烷烃的结构简式：
环烷烃的通式为CnH2n，它们与相应的烯烃属同分异构体。在环烷烃中，目前使用较多的是环己烷，常用为树脂的有机溶剂以及制尼龙—6的原料。
（一）环烷烃的物理性质
环烷烃的物理性质与烷烃相似，在常温下，小环环烷烃是气体，常见环环烷烃是液体，大环环烷烃呈固态。环烷烃和烷烃都不溶于水。由于环烷烃分子中单键旋转受到一定的限止，分子运动幅度较小，具有一定的对称性和刚性。因此，环烷烃的沸点、熔点和比重都比同碳数烷烃高。
（二）环烷烃的化学性质
常见环、中环和大环环烷烃较稳定，化学性质与链状烷烃相似，与强酸（如硫酸）、强碱（如氢氧化钠）、强氧化剂（如高锰酸钾）等试剂都不发生反应，在高温或光照下能发生自由基取代反应；小环环烷烃环丙烷和环丁烷不稳定,除可以发生自由基取代反应，易开环发生加成反应（addition reaction）。
1．自由基取代反应
环烷烃与烷烃相似，在光照或高温条件下，可发生自由基取代反应。例如：
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2．加成反应
(1) 加氢
在催化剂Ni的作用下，环烷烃可进行催化加氢反应,加氢时环烷烃开环,碳链两端的碳原子与氢原子结合生成烷烃。
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（2）加卤素、氢卤酸
★环丙烷在常温下，能与卤素或氢卤酸发生加成反应。例如：
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★环丁烷在加热条件下，也可以与卤素或氢卤酸发生加成反应
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★ 环戊烷、环己烷及高级环烷烃不能发生加成反应。
当环丙烷的烷基衍生物与氢卤酸作用时，碳环开环多发生在连氢原子最多和连氢原子最少的两个碳原子之间。氢卤酸中的氢原子加在连氢原子较多的碳原子上，而卤原子则加在连氢原子较少的碳原子上。例如：
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小结：环丙烷的性质很活泼，易开环发生加成反应；环丁烷的活性较环丙烷弱，可以开环发生加成反应，只是条件较环丙烷强烈；环戊烷、环己烷及高级环烷烃的化学性质则与开链烷烃相似，环比较稳定难发生开环加成反应。另外，环烷烃同链状烷烃一样可以发生自由基取代反应。
(三)．环烷烃稳定性的解释
环烷烃的实验事实及燃烧热数值均说明环丙烷的内能最高，反应性较强；环丁烷的内能次之，反应性较环丙烷差；环戊烷、环己烷以及大环环烷烃的内能与开链烷烃相差无几，一般条件下不能开环，其中环己烷的内能最低，是最稳定的环烷烃，这也是合成或天然化合物中广泛存在六元环的原因。环烷烃环稳定性的排列顺序是：环己烷>环戊烷>环丁烷>环丙烷
1.拜尔（A.von Baeyer）张力学说
1885年拜尔（A.von Baeyer）首次提出了张力学说，用以解释环烷烃的稳定性。此学说的论点是建立在环烷烃所有的碳原子都处于同一平面内，并根据正四面体的模型，假设成环后键角为109 28′的环状化合物最稳定。
张力学说认为环丙烷的三个碳原子成正三角形，键角为60 ，环丁烷是正四边形，键角为90 。形成环丙烷时，每个键必须向内弯曲24 44′[（109 28′- 60 ）/2]，形成环丁烷时，每个键向内弯曲9 44′。键的弯曲使分子内部产生了张力，这种张力称为角张力。键的偏转角度越大，张力也越大，环就越不稳定而易发生开环反应，生成较稳定的开链化合物。环丙烷的偏转角度比环丁烷大，所以环丙烷更易开环。环戊烷和环己烷的键角均接近109 28′，所以不易开环，化学性质稳定。此学说的局限性在于它认为环烷烃环上所有的碳原子在同一平面内，实际上除环丙烷外，其他的环烷烃的碳原子并不在同一平面内。
2.现代理论的解释
环烷烃分子中的碳原子都是sp3，当键角为109 28′时，碳原子的sp3杂化轨道才能沿键轴“头对头”达到最大重叠。在环丙烷分子中， sp3 杂化轨道彼此不能沿键轴方向达到最大程度的重叠，只能部分重叠形成很弱的“弯曲键”，同时成键的电子云位于C－C连线的外侧，易受亲电试剂的进攻，发生开环。根据X—射线衍射解析和量子力学计算，环丙烷的 C—C键的夹角约为104 。见下图
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图2－12环丙烷轨道重叠图 |