Cikloheksāns

Vēsture

Cikloheksānu pirmais ieguva franču ķīmiķis Marselēns Bertlo (Marcellin Berthelot) 1867. gadā, reducējot benzolu ar jodūdeņražskābi paaugstinātā temperatūrā. Tomēr viņš iegūto vielu uzskatīja par n-heksānu. 1870. gadā Ādolfs fon Beiers (Adolf von Baeyer) atkārtoja reakciju un nosauca tās produktu par heksahidrobenzolu. 1890. gadā krievu ķīmiķis Vladimirs Markovņikovs ieguva šo pašu vielu, pārdestilējot naftu.

Molekulas uzbūve

Cikloheksāna molekulai ir sešstūra forma, taču visi cikloheksāna oglekļa atomi nav izvietoti vienā plaknē. Cikloheksāna gredzens vienmēr ir izliekts, lai nodrošinātu sp³ hibridizēto oglekļa atomu "tetraedriskos" leņķus starp saitēm (planāra sešstūra leņķi ir 120°, atšķirībā no tetraedra leņķiem 109°28'). Cikloheksāna gredzens var izliekties vairākos veidos, ko sauc par konformācijām. Enerģētiski visizdevīgākā ir konformācija, kurā četri oglekļa atomi atrodas vienā plaknē, bet abi pārējie (pretimstāvošie) atrodas katrs savā plaknes pusē (to dēvē par "krēsla" konformāciju). Ja abi oglekļa atomi atrodas vienā plaknes pusē (molekulas "sešstūrim" abas puses uzlocītas uz augšu), to sauc par "vannas" konformāciju un tā ir daudz nestabilāka, jo "uzlocītie" atomi savā starpā atgrūžas. Nedaudz stabilāka ir tā saucamā "sašķiebtās vannas" jeb tvist-konformācija, kur gredzena sešstūris ir it kā savērpts. Pavisam nestabila ir "puskrēsla" konformācija, kur ārpus četru atomu plaknes izvirzīti divi blakus esoši oglekļa atomi.
Ja "krēsla" konformācijā kāds no ūdeņraža atomiem ir aizvietots, tas var novietoties divos veidos — tuvu molekulas pamatplaknei un perpendikulāri tai. Šos veidus sauc attiecīgi par ekvatoriālajiem un aksiālajiem konformēriem (konformācijas izomēriem). No 12 iespējamajiem cikloheksāna aizvietotājiem 6 var atrasties ekvatoriālajā (ekv-) stāvoklī, bet 6 — aksiālajā (aks-) stāvoklī. Aksiālie un ekvatoriālie konformēri viegli pāriet viens otrā (to sauc par cikla inversiju). Ja ir divi aizvietotāji pie dažādiem oglekļa atomiem, tad šādai molekulai iespējami cis un trans izomēri.

Iegūšana

Cikloheksānu rūpnieciski iegūst, pārstrādājot naftas produktus vai benzola katalītiskajā hidrogenēšanā niķeļa klātienē (Sabatjē—Sanderāna metode). Ledus etiķskābē izšķīdināts benzols sīkdispersa platīna klātienē reducējas ar ūdeņradi līdz cikloheksānam jau istabas temperatūrā (tomēr benzolam jābūt pilnīgi tīram, sevišķi nevēlams ir tiofēna piemaisījums).
Agrāk cikloheksānu ieguva arī, reducējot cikloheksanonu vai cikloheksāndionu ar jodūdeņražskābi, kā arī cikloheksānkarbonskābes termiskās sadalīšanās reakcijā.

Atrašanās dabā

Cikloheksāns lielos daudzumos atrodams dažos naftas veidos (piemēram, Kaukāza un Galicijas reģionos atrodamajā naftā). Naftā atrodas arī tādi svarīgi cikloheksāna atvasinājumi kā metilcikloheksāns un 1,3-dimetilcikloheksāns (tam iespējami cis un trans izomēri).
1-Metil-4-izopropilcikloheksāna jeb p-mentāna struktūra ir daudzu ciklisko terpēnu pamatā. p-Mentāns ir šķidrums ar diļļu un petrolejas sajaukumam līdzīgu smaržu. Dažu terpēnu struktūra balstās uz m-mentānu (1-metil-3-izopropilcikloheksānu).

Ķīmiskās īpašības

Cikloheksāna ķīmiskās īpašības būtiski neatšķiras no parasto piesātināto alkānu īpašībām. Tas piedalās hlorēšanas, nitrēšanas, nitrozēšanas un sulfurēšanas reakcijās. Katalizatoru klātienē reaģē ar ūdeņradi, veidojot benzolu. Gaismas klātienē broms aizvieto ūdeņradi cikloheksāna gredzenā. Karsējot kopā ar kālija permanganātu, cikloheksāna gredzens atveras un rodas adipīnskābe.

Izmantošana

Cikloheksāns ir labs šķīdinātājs, to izmanto arī par vērtīgu organiskās sintēzes izejvielu. No tā iegūst nitrozocikloheksānu, adipīnskābi, cikloheksanonu — svarīgus poliamīdu sintēzes monomērus.