CIKLOHEKSANAS: STRUKTŪRA, PANAUDOJIMAS, KONFORMACIJOS - CHEMIJA - 2025

Cikloheksano yra santykinai stabili cikloalkanų su molekulinė formulė C ₆ H ₁₂ . Tai yra bespalvis, degus skystis, turintis švelnų tirpiklio kvapą, tačiau gali prasiskverbti esant priemaišoms.

Jo tankis yra 0.779 g / cm ³ ; verda 80,7 ° C temperatūroje; ir užšaldytas 6,4 ° C temperatūroje. Manoma, kad jis netirpsta vandenyje, nes jo tirpumas kambario temperatūroje gali būti tik 50 ppm (apytiksliai). Tačiau jis lengvai maišosi su alkoholiu, eteriu, chloroformu, benzenu ir acetonu.

Cikloheksano molekulės 3D modelis. Jynto ir Ben Mills / viešoji nuosavybė

Cikloheksano žiedų sistemos yra labiau paplitusios tarp organinių molekulių gamtoje nei kitų cikloalkanų. Tai gali lemti tiek jų stabilumas, tiek selektyvumas, kurį suteikia jų nusistovėjusios formos.

Iš tikrųjų angliavandeniuose, steroiduose, augaliniuose produktuose, pesticiduose ir daugelyje kitų svarbių junginių yra žiedų, panašių į cikloheksaną, kurių konfigūracijos turi didelę reikšmę jų reaktyvumui.

Struktūra

Cikloheksanas yra šešių narių aliciklinis angliavandenilis. Jis egzistuoja daugiausia tokios struktūros pavidalu, kai visi CH ryšiai gretimuose anglies atomuose yra pasiskirstę į pakraščius, o ištisiniai kampai yra 60 °.

Manoma, kad cikloheksanas turi mažiausią visų cikloalkanų kampą ir sukimo įtempius, todėl jo vertė lygi nuliui nuo bendro žiedo įtempio. Tai taip pat daro cikloheksaną stabiliausiu iš cikloalkanų, todėl deginant jis sukuria mažiausiai šilumos, palyginti su kitais cikloalkanais.

Pakaitinės pozicijos

Yra du tipai pakaitų ant cikloheksano žiedo: ašinės ir pusiaujo. Pusiaujo CH jungtys yra juostoje aplink žiedo pusiaują.

Savo ruožtu kiekvienas anglies atomas turi ašinį vandenilį, statmeną žiedo plokštumai ir lygiagrečią jo ašiai. Ašiniai vandeniliai keičiasi aukštyn ir žemyn; kiekvienas anglies atomas turi ašinę ir pusiaujo padėtį; ir kiekvienoje žiedo pusėje yra trys ašinės ir trys pusiaujo padėtys kintama tvarka.

Studijų modeliai

Cikloheksaną geriausiai ištirti sudarant fizikinį molekulinį modelį arba naudojant molekulinio modeliavimo programą. Naudojant bet kurį iš šių modelių, galima lengvai stebėti pusiaujo ir ašinių vandenilio atomų sukimo santykį ir orientaciją.

Tačiau vandenilio atomų išsidėstymą Newmano projekcijoje taip pat galima analizuoti žiūrint į bet kurias lygiagrečias CC jungčių poras.

Newmano cikloheksano projekcija. „Durfo“ / CC0

Konformacijos

Cikloheksanas gali įvykti dviem viena nuo kitos sukeičiamais pavidalais: valtis ir kėdė. Tačiau pastaroji yra stabiliausia konformacija, nes cikloheksano struktūroje nėra kampo ar sukimo įtempių; daugiau nei 99% molekulių bet kuriuo metu yra kėdės pavidalo.

Cikloheksano kėdės formavimas. „Chem Sim 2001“ / Viešoji nuosavybė

Kėdės konformacija

Kėdės konstrukcijoje visi CC jungties kampai yra 109,5 °, tai juos atleidžia nuo kampinio įtempio. Kadangi nuolatinės srovės jungtys yra idealiai išdėstytos, balnelio konstrukcija taip pat nėra laisva sukimo jėgos. Taip pat vandenilio atomai priešinguose cikloheksano žiedo kampuose yra išdėstyti viena nuo kitos.

Laivo konformacija

Kėdės forma gali įgauti kitą formą, vadinamą skardinės forma. Tai įvyksta dėl dalinio žiedo CC žiedinių jungčių sukimosi. Tokia forma taip pat nesukelia kampinio įtempio, tačiau ji turi sukimo įtempį.

Cikloheksano valties konformacija. Keministi / Viešoji nuosavybė

Pažvelgę ​​į valties konstrukcijos modelį, esant CC jungties ašims išilgai kiekvienos pusės, pamatysite, kad tų anglies atomų C - H jungtys yra užtemę ir sukelia sukimo įtempius.

Be to, du vandenilio atomai yra pakankamai arti vienas kito, kad sukurtų Van Der Waals atstumiančias jėgas.

Susuktos valties konstrukcija

Jei valties konstrukcija lankstėja, gaunama susuktos valties konstrukcija, kuri gali sumažinti tam tikrą sukimo stresą ir taip pat sumažinti vandenilio atomų sąveiką.

Tačiau stabilumas, pasiektas lenkiant, yra nepakankamas, kad susuktos valties konstrukcija būtų stabilesnė nei balno konstrukcija.

Susuktos valties cikloheksano formacija. Keministi / CC0

Programos

Nailono gamyba

Beveik visas komerciškai pagamintas cikloheksanas (daugiau kaip 98%) yra plačiai naudojamas kaip žaliava pramoninėje nailono pirmtakų gamyboje: adipo rūgštis (60%), kaprolaktamas ir heksametiilendiaminas. 75% visame pasaulyje pagaminto kaprolaktamo yra naudojama nailono gamybai 6.

Gitara su nailono stygomis. Šaltinis: pexels.com

Kitų junginių gamyba

Tačiau cikloheksanas taip pat naudojamas gaminant benzeną, cikloheksilchloridą, nitrocikloheksaną, cikloheksanolį ir cikloheksanoną; gaminant kietąjį kurą; fungicidinėse kompozicijose; ir pramoniniame rekristalizavime.

Mažumų programos

Labai nedidelė pagaminto cikloheksano dalis naudojama kaip nepolinis tirpiklis chemijos pramonėje ir kaip skiediklis polimerų reakcijose. Jis taip pat gali būti naudojamas kaip dažų ir lako valiklis; ekstrahuojant eterinius aliejus; ir stiklo pakaitalai.

Dėl savo unikalių cheminių ir konformacinių savybių cikloheksanas taip pat naudojamas analitinės chemijos laboratorijose molekulinio svorio nustatymui ir kaip standartas.

Gamyba

Tradicinis procesas

Neapdorotos naftos cikloheksano koncentracija svyruoja nuo 0,1 iki 1,0%. Todėl jis tradiciškai būdavo gaminamas frakciniu distiliavimu pirminio benzino, kuriame superfrakcionuojant buvo gautas 85% cikloheksano koncentratas.

Naftos frakcinis distiliavimas. Neapdorotas aliejus_Distiliacija-fr.svg: Vaizdo originalas: Psarianos, Theresa knott; image vectorielle: Rogilbert darinių kūrinys: Utain () / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Šis koncentratas buvo parduotas kaip toks, nes norint atlikti papildomą gryninimą, reikėjo atlikti pentanų izomerizacijos procesą, šilumos krekingą, kad būtų pašalinti atviros grandinės angliavandeniliai, ir apdorojimą sieros rūgštimi, kad būtų pašalinti aromatiniai junginiai.

Didesnį sunkumą gaunant aukštesnio grynumo cikloheksaną lėmė didelis naftos komponentų, kurių virimo taškai yra dideli, skaičius.

Aukšto efektyvumo procesas

Šiandien cikloheksanas gaminamas pramoniniu mastu, reaguojant benzenui ir vandeniliui (katalitinė hidrinimas) dėl proceso paprastumo ir aukšto efektyvumo.

Ši reakcija gali būti atliekama naudojant skystosios arba garų fazės metodus, esant labai dispersiniam katalizatoriui arba fiksuotoje katalizatoriaus lovoje. Buvo sukurti keli procesai, kuriuose nikelis, platina arba paladis naudojami kaip katalizatorius.

Dauguma cikloheksano gamyklų kaip žaliavą cikloheksanui gaminti naudoja benzeną gaminančias reformerio dujas ir didelius kiekius šalutinių vandenilio.

Kadangi, siekiant pelningai gaminti cikloheksaną, vandenilio ir benzeno sąnaudos yra labai svarbios, gamyklos dažnai yra netoli didelių naftos perdirbimo gamyklų, kuriose yra nebrangios žaliavos.

Nuorodos

1. Campbell, ML (2014). Cikloheksanas. Ullmanno pramoninės chemijos enciklopedija (7 ^-asis leidimas). Niujorkas: Johnas Wiley ir sūnūs.
2. McMurry, J. (2011). Organinės chemijos pagrindai (7 ^-asis leidimas). Belmontas: Brooks / Cole.
3. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. (2020 m.) „PubChem“ duomenų bazė. Cikloheksanas, CID = 8078. Bethesda: Nacionalinė medicinos biblioteka. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. „Ouellette“, R. J. ir „Rawn“, JD (2014). Organinė chemija - struktūra, mechanizmas ir sintezė. San Diegas: Elsevier.
5. Petrucci, RH, Herring, FG, Bissonnette, C., & Madura, JD (2017). Bendroji chemija: principai ir šiuolaikiniai pritaikymai (11 ^-asis leidimas). Niujorkas: Pearsonas.
6. „Solomons“, TW, Fryhle, CB ir „Snyder, SA“ (2016). Organinė chemija (12 ^-asis leidimas). Hobokenas: Johnas Wiley ir sūnūs.
7. Wade, LG (2013). Organinė chemija (8-asis leidimas). Niujorkas. Pearsonas.