Циклохексан

Циклохексан е циклоалкан со молекулска формула . Циклохексанот е неполарен. Циклохексан е безбојна, запалива течност со специфичен мирис на детергент, кој потсетува на производи за чистење (во кои понекогаш се користи). Циклохексан главно се користи за индустриско производство на адипинска киселина и капролактам, кои се прекурсори на најлон.
Циклохексил е алкил супституент на циклохексан и е скратено Cy.
1 Производство
1.1 Модерно
На индустриско ниво, циклохексанот се произведува со хидрогенирање на бензен во присуство на катализатор на Raney никел. Производителите на циклохексан сочинуваат приближно 11,4 % од глобалната побарувачка за бензен. Реакцијата е многу егзотермна, со ΔH(500 K) = -216,37 kJ/mol. Дехидрогенирањето започнува значително над 300 °C, што ја одразува поволната ентропија за дехидрогенизацијата.:
1.2 Порано
За разлика од бензенот, циклохексанот не се наоѓа во природните ресурси како што е јагленот. Поради оваа причина, раните истражувачи ги синтетизираа нивните примероци од циклохексан.
1.2.1 Неуспех
* Во 1867 година, Марселин Бертелот го редуцирал бензенот со јодна киселина при покачени температури.* Во 1870 година, Адолф фон Баер ја повторил реакцијата и го изговарал истиот производ на реакција „хексахидробензен“.
* Во 1890 година, Владимир Марковников верувал дека можел да го дестилира истото соединение од кавкаски петролеум, нарекувајќи го неговото измислување „хексанафтен“.
Изненадувачки, нивните циклохексани вриеле повисоко за 10 °C од хексахидробензенот или хексанафтенот, но оваа загатка била решена во 1895 година од страна на Марковников, Н.М. Кишнер и Николај Зелински кога ги преназначија „хексахидробензенот“ и „хексанафтенот“ како метилциклопентан, резултат на неочекувана реакција на преуредување.
:
1.2.2 Успех
Во 1894 година, Баер синтетизирал циклохексан почнувајќи со кетонизација на пимелинската киселина проследена со повеќекратни редукции:
:
Во истата година, Е. Хаворт и В.Х. Перкин Џуниор (1860–1929) го подготвил преку Вурцова реакција на 1,6-дибромохексан.
:
2 Реакции и употреба
Иако е прилично нереактивен, циклохексанот се подложува на каталитичка оксидација за да произведе циклохексанон и циклохексанол. Мешавината циклохексанон-циклохексанол, наречена „КАА масло“, е суровина за адипинска киселина и капролактам, прекурсори на најлон. Годишно се произведуваат неколку милиони килограми циклохексанон и циклохексанол.
Се користи како растворувач во некои марки на корективна течност. Циклохексан понекогаш се користи како неполарен органски растворувач, иако n-хексан е пошироко користен за оваа намена. Често се користи како растворувач за рекристализација, бидејќи многу органски соединенија покажуваат добра растворливост во топол циклохексан и слаба растворливост на ниски температури.
Циклохексанот исто така се користи за калибрација на инструменти за калориметрија за диференцијално скенирање (DSC), поради пригодната транзиција на кристал-кристал на -87,1 °C.
Пареата на циклохексан се користи во вакуумски карбуризирачки печки, во производството на опрема за топлинска обработка.
3 Конформација
Прстенот на рабовите со 6 темиња не одговара на обликот на совршен шестоаголник. Конформацијата на рамен 2D шестоаголник има значително напрегање на аголот бидејќи неговите врски не се 109,5 степени; торзионото напрегање исто така би било значително бидејќи сите врски би биле затемнети врски. Затоа, за да се намали торзионото напрегање, циклохексанот усвојува тридимензионална структура позната како конформација на стол, која брзо меѓусебно се претвора на собна температура преку процес познат како превртување на столот. За време на превртувањето на столот, се среќаваат уште три меѓусебни конформации: полустол, кој е најнестабилна конформација, постабилна конформација на чамец и чамец со извртување, кој е постабилен од чамец, но сепак многу помалку стабилен од стол. Стол и чамец со извртување се енергетски минимум и затоа се усогласени, додека полустол и чамец се преодни состојби и претставуваат енергетски максими. Идејата дека конформацијата на столот е најстабилната структура за циклохексан за прв пат била предложена уште во 1890 година од Херман Саксе, но дури многу подоцна добила широко прифатено. Новата конформација ги става јаглеродите под агол од 109,5°. Половина од водородите се во рамнината на прстенот (екваторијална), додека другата половина се нормални на рамнината (аксијална). Оваа конформација овозможува најстабилна структура на циклохексан. Постои уште една конформација на циклохексан, позната како конформација на брод, но таа меѓусебно се претвора во малку постабилна формација на стол. Ако циклохексанот е моно-супституиран со голем супституент, тогаш супституентот најверојатно ќе се најде закачен во екваторијална положба, бидејќи ова е малку постабилна конформација.
Циклохексанот има најмал агол и торзионо напрегање од сите циклоалкани; како резултат на тоа, циклохексан се смета за 0 во вкупниот прстенов напор.
3.1 Цврсти фази
Циклохексан има две кристални фази. Високотемпературната фаза I, стабилна помеѓу 186 K и точката на топење 280 K, е пластичен кристал, што значи дека молекулите задржуваат одреден степен на ротациона слобода. Втората е фаза II со ниска температура (под 186 К). Две други нискотемпературни (метастабилни) фази III и IV се добиени со примена на умерени притисоци над 30 MPa, каде што фазата IV се појавува исклучиво во деутериран циклохексан (примената на притисок ги зголемува вредностите на сите преодни температури).
+Фази на циклохексан, No, Симетрија, Просторна група, a (Å), b (Å), c (Å), Z, T (K), P (MPa)
I, Кубична, Fm3m, 8.61, 4, 195, 0.1
II, Моноклинична, C2/c, 11.23, 6.44, 8.20, 4, 115, 0.1
III, Орторомбична, Pmnn, 6.54, 7.95, 5.29, 2, 235, 30
IV, Моноклинична, P12(1)/n1, 6.50, 7.64, 5.51, 4, 160, 37
Овде Z е единиците на структурата на броеви по единица ќелија; константите на единицата ќелија a, b и c беа измерени на дадената температура T и притисокот P.
4 Поврзано
* Хексан
5 Наводи