Los alcanos son hidrocarburos saturados con la fórmula general C_nH_{2n+2} (para alcanos no cíclicos). Cada átomo de carbono está hibridado sp³, formando cuatro enlaces sigma dirigidos hacia las esquinas de un tetraedro. Los enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno son no polares, lo que hace que los alcanos sean hidrofóbicos y químicamente inertes en condiciones normales. Los alcanos forman la columna vertebral estructural de las moléculas orgánicas y sirven como importantes combustibles, lubricantes y disolventes.
La nomenclatura IUPAC para alcanos identifica la cadena de carbono continua más larga como el nombre base (metano C1, etano C2, propano C3, butano C4, pentano C5, hexano C6, etc.). Los sustituyentes que se ramifican de la cadena principal se nombran como grupos alquilo (metilo, etilo, propilo) y van precedidos por sus números de posición. Cuando hay múltiples sustituyentes, se enumeran en orden alfabético y los prefijos numéricos (di-, tri-, tetra-) indican multiplicidad. El conjunto más bajo de localizadores se asigna a los sustituyentes independientemente de su identidad, siguiendo la regla del primer punto de diferencia.
Las propiedades físicas de los alcanos siguen tendencias predecibles. Los puntos de ebullición aumentan con la masa molecular debido a las fuerzas de dispersión de Londres más fuertes; cada grupo CH₂ adicional eleva el punto de ebullición aproximadamente 20–30 °C. La ramificación reduce el punto de ebullición al disminuir el área superficial molecular disponible para el contacto intermolecular. Los alcanos son esencialmente insolubles en agua (un disolvente polar) pero se disuelven fácilmente en disolventes orgánicos no polares. Su densidad aumenta con la longitud de la cadena pero nunca supera aproximadamente 0.8 g·mL⁻¹, lo que hace que floten sobre el agua — una propiedad importante en el comportamiento de los derrames de petróleo.
El análisis conformacional del butano ilustra las preferencias energéticas en la rotación del enlace carbono-carbono. La conformación anti (ángulo diedro de 180°) es la más estable, con los grupos metilo separados al máximo. La conformación gauche (60°) es menos estable en aproximadamente 3.8 kJ·mol⁻¹ debido a la repulsión estérica. Las conformaciones eclipsadas (0° y 120°) son las menos estables, con barreras energéticas de aproximadamente 15–20 kJ·mol⁻¹ por encima de la conformación anti. Estas preferencias conformacionales influyen en la estructura tridimensional de moléculas más grandes y son críticas para comprender la estereoquímica y los resultados de las reacciones.
Los cicloalcanos tienen la fórmula general C_nH_{2n} (dos átomos de hidrógeno menos que los alcanos de cadena abierta debido al cierre del anillo). La teoría de la tensión de Baeyer propuso que las desviaciones del ángulo tetraédrico ideal (109.5°) crean tensión angular, y que los anillos más grandes estarían libres de tensión. Sin embargo, ahora reconocemos tres tipos de tensión anular: tensión angular (desviación de los ángulos de enlace ideales), tensión torsional (interacciones de eclipsamiento) y tensión transanular (apiñamiento estérico a través del anillo). El ciclopropano (ángulos de enlace de 60°) tiene una tensión angular severa (~115 kJ·mol⁻¹), lo que lo hace altamente reactivo. El ciclobutano y el ciclopentano tienen progresivamente menos tensión.
El ciclohexano adopta una conformación de silla que elimina tanto la tensión angular como la torsional, con todos los ángulos de enlace C–C–C a 109.5° y todos los enlaces alternados. La conformación de silla tiene dos tipos de posiciones de hidrógeno: axiales (paralelas al eje del anillo, alternando arriba y abajo) y ecuatoriales (que irradian hacia afuera del anillo). Los sustituyentes prefieren posiciones ecuatoriales para evitar interacciones 1,3-diaxiales. El giro del anillo interconvierte las posiciones axiales y ecuatoriales a través de un intermedio de conformación de bote. Esta preferencia conformacional es central para comprender la reactividad y estabilidad de los ciclohexanos sustituidos, un tema de importancia fundamental en química orgánica.
