CIKLOHEXÁN: SZERKEZET, FELHASZNÁLÁSOK, ÁTALAKULÁSOK - KÉMIA - 2026

A ciklohexán egy viszonylag stabil cikloalkán molekuláris képlete C ₆ H ₁₂. Színtelen, gyúlékony folyadék, amelynek enyhe oldószeres szaga van, de szennyeződések jelenlétében áthatolhat.

Ez egy sűrűsége 0,779 g / cm ³; 80,7 ° C-on forr; és 6,4 ° C-on fagyasztva. Vízben nem oldódik, mivel szobahőmérsékleten oldhatósága csak kb. 50 ppm lehet. Azonban könnyen keverhető alkohollal, éterrel, kloroformmal, benzollal és acetonnal.

A ciklohexán molekula 3D-s modellje. Jynto és Ben Mills / Nyilvános

A ciklohexán gyűrűrendszerei a természetben gyakoribbak a szerves molekulákban, mint a többi cikloalkánok. Ennek oka lehet mind stabilitásuk, mind pedig a jól megalapozott konformációk által nyújtott szelektivitás.

Valójában a szénhidrátok, szteroidok, növényi termékek, peszticidek és sok más fontos vegyület gyűrűket tartalmaz, amelyek hasonlóak a ciklohexánéhoz, amelyek konformációi rendkívül fontosak reaktivitásuk szempontjából.

Szerkezet

A ciklohexán egy hattagú aliciklusos szénhidrogén. Elsősorban egy olyan konformációban létezik, amelyben a szomszédos szénatomok összes CH-kötése eloszlik, 60 ° -os diéderes szögekkel.

Mivel a ciklohexánnak a legalacsonyabb szöge és a torziós feszültsége az összes cikloalkán közül, a teljes gyűrűfeszültséghez viszonyítva nullanak tekintik. Ez a ciklohexánt a cikloalkánok közül a legstabilabbá teszi, és ezért égetéskor a legkevesebb hőt termel a többi cikloalkánhoz képest.

Helyettesítő pozíciók

Kétféle pozíció létezik a szubsztituensek számára a ciklohexán gyűrűn: axiális és ekvatoriális helyzetek. Az egyenlítői CH-kötések egy sávban helyezkednek el a gyűrű egyenlítõje körül.

Viszont mindegyik szénatom tengelyirányú hidrogénnel rendelkezik, amely merőleges a gyűrű síkjára és párhuzamos a tengelyével. Az axiális hidrogének fel és le váltakoznak; mindegyik szénatom tengelyirányú és egyenlõs helyzetben van; és a gyűrű mindkét oldalán három tengelyirányú és három egyenlítői helyzet van váltakozó elrendezésben.

Tanulmányi modellek

A ciklohexánt legjobban egy fizikai molekuláris modell felépítésével vagy egy molekuláris modellezési programmal lehet megvizsgálni. Ezen modellek bármelyikének használatakor könnyedén megfigyelhető az egyenlítői és az axiális hidrogénatomok torziós viszonyai és tájolása.

Ugyanakkor a hidrogénatomok elrendeződését a Newman-projekcióban úgy is elemezhetjük, hogy megvizsgálunk pár párhuzamos CC-kötést.

A ciklohexán Newman-vetülete. Durfo / CC0

konformációk

A ciklohexán két egymással felcserélhető konformációban fordulhat elő: csónakban és székben. Ez utóbbi azonban a legstabilabb konformáció, mivel nincs szög vagy torziós feszültség a ciklohexán szerkezetben; a molekulák több mint 99% -a székkonformációban van egy adott időpontban.

Ciklohexán székkonformációja. Chem Sim 2001 / Nyilvános

A szék összetétele

Egy szék alakjában az összes CC kötés szöge 109,5 °, ami enyhíti őket a szögfeszültségtől. Mivel az egyenáramú összeköttetések tökéletesen el vannak osztva, a nyereg alakja szintén mentes a torziós stressztől. A ciklohexángyűrű ellentétes sarkában lévő hidrogénatomok szintén egymástól távol helyezkednek el.

A hajó szerkezete

A szék alakja más formájú is lehet, az úgynevezett kanna alak. Ez a gyűrű CC egyes kötésein történő részleges forgás eredményeként fordul elő. Az ilyen alakítás szintén nem jelent szögfeszültséget, de torziós feszültséggel rendelkezik.

Ciklohexán hajókonformáció. Keministi / Nyilvános

Ha a csónak konformációjának modelljét vizsgáljuk, a CC kötési tengelyek mentén mindkét oldal mentén kiderül, hogy ezekben a szénatomokban a C - H kötések eltakaródtak, torziós feszültséget okozva.

Ezenkívül a hidrogénatomok közül kettő elég közel van egymáshoz ahhoz, hogy a Van Der Waals visszatükröző erőket generáljon.

Csavart hajókonformáció

Ha a hajó szerkezete meghajlik, akkor olyan csavart hajókonformációt kap, amely enyhíti a torziós stresszt, és csökkentheti a hidrogénatomok kölcsönhatásait is.

A hajlítás révén elért stabilitás azonban nem elegendő ahhoz, hogy a csavart hajókonformáció stabilabb legyen, mint a nyereg alakja.

Ciklohexán csavart hajóképződés Keministi / CC0

Alkalmazások

Nylon gyártás

A kereskedelemben előállított ciklohexán szinte mindegyikét (több mint 98%) széles körben használják nylon prekurzorok ipari előállításához: adipinsav (60%), kaprolaktám és hexametilén-diamin. A világszerte előállított kaprolaktám 75% -át nylon előállítására használják 6.

Gitár nylon húrokkal. Forrás: pexels.com

Egyéb vegyületek gyártása

A ciklohexánt azonban benzol, ciklohexil-klorid, nitro-ciklohexán, ciklohexanol és ciklohexanon gyártásában is használják; szilárd tüzelőanyagok gyártása során; fungicid készítményekben; és a szteroidok ipari átkristályosításában.

Kisebbségi alkalmazások

A képződött ciklohexán nagyon kis részét nem polarikus oldószerként használják a vegyiparban és hígítóként a polimer reakciókban. Festék- és lakk-eltávolítóként is felhasználható; illóolajok extrahálásában; és üvegpótlók.

Egyedülálló kémiai és konformációs tulajdonságai miatt a ciklohexánt analitikai kémia laboratóriumokban is használják molekuláris tömeg meghatározására és standardként.

Gyártás

Hagyományos folyamat

A ciklohexán a nyersolajban 0,1 és 1,0% közötti koncentrációban van jelen. Ezért hagyományosan a benzin frakcionált desztillációjával állították elő, amelynek során 85% ciklohexán koncentrátumot kaptak szuperfrakcionálás útján.

A kőolaj frakcionált desztillációja. Nyersolaj_desztilláció-fr.svg: A kép eredetije: Psarianos, Theresa knott; image vectorielle: Rogilbert származékos munka: Utain () / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Ezt a koncentrátumot önmagában adták el, mivel további tisztításhoz a pentánok izomerizációs folyamatának elvégzéséhez, hőkrakkoláshoz a nyílt láncú szénhidrogének eltávolításához és kénsavval történő kezeléshez az aromás vegyületek eltávolítására volt szükség.

A nagyobb tisztaságú ciklohexán előállításának nehézségei nagy részét a hasonló forráspontú kőolajkomponensek nagy száma okozta.

Nagy hatékonyságú folyamat

Manapság a ciklohexánt ipari méretekben állítják elő benzol és hidrogén reakciójával (katalitikus hidrogénezés), az eljárás egyszerűsége és nagy hatékonysága miatt.

Ezt a reakciót folyékony vagy gőzfázisú módszerekkel hajthatjuk végre erősen diszpergált katalizátor jelenlétében vagy rögzített katalizátorágyban. Számos eljárást fejlesztettek ki, amelyekben nikkel, platina vagy palládiumot használnak katalizátorként.

A legtöbb ciklohexánüzem benzol-termelő reformáló gázt és nagy mennyiségű hidrogén-mellékterméket használ fel a ciklohexán előállításának alapanyagaként.

Mivel a hidrogén és a benzol költségei kritikus fontosságúak a ciklohexán nyereséges előállításához, az üzemek gyakran olyan nagy finomítók közelében helyezkednek el, ahol alacsony költségű alapanyag áll rendelkezésre.

Irodalom

1. Campbell, ML (2014). Ciklohexán. Ullmann Encyclopedia of Industrial Chemistry (7 ^th ed.). New York: John Wiley és fiai.
2. McMurry, J. (2011). Fundamentals of Organic Chemistry (7 ^th ed.). Belmont: Brooks / Cole.
3. Országos Biotechnológiai Információs Központ. (2020) PubChem Database. Ciklohexán, CID = 8078. Bethesda: Nemzeti Orvostudományi Könyvtár. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ouellette, RJ és Rawn, JD (2014). Szerves kémia - Szerkezet, mechanizmus és szintézis. San Diego: Elsevier.
5. Petrucci, RH, Herring, FG, Bissonnette, C. és Madura, JD (2017). Általános kémia: elvek és korszerű alkalmazások (11 ^th ed.). New York: Pearson.
6. Solomons, TW, Fryhle, CB és Snyder, SA (2016). Organic Chemistry (12 ^th ed.). Hoboken: John Wiley és fiai.
7. Wade, LG (2013). Szerves kémia (8. kiadás). New York. Pearson.