SYKLOHEKSAANI: RAKENNE, KÄYTÖT, MUODONMUUTOKSET - KEMIA - 2026

Sykloheksaani on suhteellisen vakaa sykloalkaanin molekyylikaavan C ₆ H ₁₂. Se on väritön, syttyvä neste, jolla on lievä haju liuottimelle, mutta joka voi tunkeutua epäpuhtauksien läsnäollessa.

Sen tiheys on 0,779 g / cm ³; kiehuu 80,7 ° C: ssa; ja jäädytettiin 6,4 ° C: ssa. Sitä pidetään veteen liukenemattomana, koska sen liukoisuus voi olla vain alhainen (noin 50 ppm) huoneenlämpötilassa. Se sekoittuu kuitenkin helposti alkoholin, eetterin, kloroformin, bentseenin ja asetonin kanssa.

Sykloheksaanimolekyylin 3D-malli. Jynto ja Ben Mills / Julkinen verkkotunnus

Sykloheksaanirengasjärjestelmät ovat yleisempiä luonnossa orgaanisissa molekyyleissä kuin muiden sykloalkaanien. Tämä voi johtua sekä niiden stabiilisuudesta että niiden vakiintuneiden muotojen tarjoamasta selektiivisyydestä.

Itse asiassa hiilihydraatit, steroidit, kasvituotteet, torjunta-aineet ja monet muut tärkeät yhdisteet sisältävät renkaita, jotka ovat samanlaisia ​​kuin sykloheksaanin renkaat, joiden muotoilla on suuri merkitys niiden reaktiivisuudelle.

Rakenne

Sykloheksaani on kuusijäseninen alisyklinen hiilivety. Se esiintyy pääasiassa rakenteessa, jossa kaikki vierekkäisten hiiliatomien CH-sidokset ovat porrastettuja, kaksisuuntaisten kulmien ollessa yhtä suuri kuin 60 °.

Koska sykloheksaanilla on pienin kulma ja vääntörasitus kaikista sykloalkaanista, sen katsotaan olevan nolla suhteessa renkaan kokonaisjännitykseen. Tämä tekee myös sykloheksaanista stabiilimman sykloalkaanista ja tuottaa siksi vähiten lämpöä poltettaessa verrattuna muihin sykloalkaaniiniin.

Korvaavien asemat

Sykloheksaanirenkaassa olevissa substituenteissa on kahden tyyppisiä asemia: aksiaaliset ja ekvatoriaaliset asemat. Päiväntasaajan CH-sidokset sijaitsevat kaistassa renkaan päiväntasaajan ympärillä.

Kummassakin hiiliatomissa puolestaan ​​on aksiaalinen vety, joka on kohtisuorassa renkaan tasoon nähden ja yhdensuuntainen sen akselin kanssa. Aksiaalivetyt vuorottelevat ylös ja alas; jokaisella hiiliatomilla on aksiaalinen ja päiväntasaajan sijainti; ja renkaan kummallakin puolella on kolme aksiaalista ja kolme päiväntasaista asemaa vuorottevassa järjestelyssä.

Opintomallit

Sykloheksaania tutkitaan parhaiten rakentamalla fysikaalinen molekyylimalli tai käyttämällä molekyylin mallinnusohjelmaa. Kun käytetään mitä tahansa näistä malleista, on mahdollista tarkkailla helposti päiväntasaajan ja aksiaalin vetyatomien vääntösuhteet ja suunta.

Vetyatomien järjestelyä Newman-projektiossa voidaan kuitenkin myös analysoida tarkastelemalla mitä tahansa paria rinnakkaisia ​​CC-sidoksia.

Newman projektio sykloheksaanista. Durfo / CC0

konformaatioita

Sykloheksaania voi esiintyä kahdessa muunteellisessa muodossa: vene ja tuoli. Jälkimmäinen on kuitenkin vakain konformaatio, koska sykloheksaanirakenteessa ei ole kulmaa tai vääntöjännitystä; yli 99% molekyyleistä on tuolimuodossa milloin tahansa.

Sykloheksaanin tuolin muoto. Chem Sim 2001 / Julkinen

Tuolin muotoilu

Tuolimuodossa kaikki CC-sidoskulmat ovat 109,5 °, mikä vapauttaa ne kulmajännityksestä. Koska DC-linkit ovat täysin porrastettuja, satulan rakenteessa ei ole myöskään vääntörasitusta. Myös vetyatomit sykloheksaanirenkaan vastakkaisissa kulmissa sijaitsevat etäisyydellä toisistaan.

Veneen rakenne

Tuolin muoto voi saada toisen muodon, jota kutsutaan tölkkimuotoksi. Tämä tapahtuu renkaan CC-yksittäisten sidosten osittaisten kiertojen seurauksena. Tällainen muoto ei myöskään aiheuta kulmajännitystä, mutta sillä on vääntöjännitys.

Sykloheksaanivenerakenne. Keministi / Julkinen

Kun tarkastellaan veneen konformaatiomallia, CC-sidosakselilla kummallakin puolella, havaitaan, että C-H-sidokset kyseisissä hiiliatomeissa ovat varjostuneet, aiheuttaen vääntörasitusta.

Kaksi vetyatomeista on myös riittävän lähellä toisiaan tuottamaan Van Der Waalsin vastenvoimia.

Kierretty veneen rakenne

Jos veneen rakenne taipuu, saat kiertyneen veneen muodon, joka voi lievittää vääntörasitusta ja vähentää myös vetyatomien vuorovaikutusta.

Taivutuksella saavutettu vakaus on kuitenkin riittämätön kääntyneen veneen muodon muuttamiseksi vakaammaksi kuin satulan muoto.

Sykloheksaanin kiertynyt veneen rakenne. Keministi / CC0

Sovellukset

Nailonvalmistus

Lähes kaikkea kaupallisesti tuotettua sykloheksaania (yli 98%) käytetään laajalti raaka-aineena nylon-esiasteiden teollisessa tuotannossa: adipiinihappo (60%), kaprolaktaami ja heksametyleenidiamiini. 75% maailmanlaajuisesti tuotetusta kaprolaktaamista käytetään nailon 6 valmistukseen.

Kitara nylon jousilla. Lähde: pexels.com

Muiden yhdisteiden valmistus

Sykloheksaania käytetään kuitenkin myös bentseenin, sykloheksyylikloridin, nitrosykloheksaanin, sykloheksanolin ja sykloheksanonin valmistuksessa; kiinteän polttoaineen valmistuksessa; fungisidisissä formulaatioissa; ja steroidien teollisessa uudelleenkiteyttämisessä.

Vähemmistösovellukset

Hyvin pieni osa tuotetusta sykloheksaanista käytetään ei-polaarisena liuottimena kemianteollisuudessa ja laimentimena polymeerireaktioissa. Sitä voidaan käyttää myös maalin ja lakan poistoaineena; eteeristen öljyjen uuttamisessa; ja lasin korvikkeet.

Ainutlaatuisten kemiallisten ja konformaatioominaisuuksiensa vuoksi sykloheksaania käytetään myös analyyttisen kemian laboratorioissa molekyylipainon määrityksissä ja standardina.

Valmistus

Perinteinen prosessi

Raakaöljyssä on sykloheksaania pitoisuuksina, jotka vaihtelevat välillä 0,1 - 1,0%. Siksi sitä käytettiin perinteisesti tuottamalla jalostettua teollisuusbensiiniä, jossa 85-prosenttisen sykloheksaanin konsentraatti saatiin superfraktioimalla.

Öljyn fraktiotislaus. Raakaöljyn tislaus-fr.svg: Alkuperäinen kuva: Psarianos, Theresa knott; image vectorielle: Rogilbert-johdannaisteos: Utain () / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Tätä konsentraattia myytiin sellaisenaan, koska lisäpuhdistus vaatii pentaani-isomerointiprosessin suorittamisen, lämpökrakkauksen avoimen ketjun hiilivetyjen poistamiseksi ja käsittelemisen rikkihapolla aromaattisten yhdisteiden poistamiseksi.

Suurin osa vaikeuksista saada sykloheksaania korkeammalla puhtaudella johtui suuresta määrästä öljykomponentteja, joilla oli samanlaiset kiehumispisteet.

Suuri hyötysuhde

Nykyään sykloheksaania tuotetaan teollisessa mittakaavassa saattamalla bentseeni reagoimaan vedyn kanssa (katalyyttinen hydraus) prosessin yksinkertaisuuden ja korkean hyötysuhteen vuoksi.

Tämä reaktio voidaan suorittaa käyttämällä nestemäisiä tai höyryfaasimenetelmiä erittäin dispergoituneen katalyytin läsnä ollessa tai kiinteässä katalyyttikerroksessa. On kehitetty useita prosesseja, joissa nikkeliä, platinaa tai palladiumia käytetään katalysaattorina.

Useimmat sykloheksaanitehtaat käyttävät sykloheksaanin tuotannon raaka-aineena bentseeniä tuottavaa reformerikaasua ja suuria määriä vedyn sivutuotteita.

Koska vety- ja bentseenikustannukset ovat kriittisiä sykloheksaanin tuottamiseksi kannattavasti, kasvit sijaitsevat usein suurten jalostamoiden lähellä, joissa on saatavana edullisia raaka-aineita.

Viitteet

1. Campbell, ML (2014). Sykloheksaani. Ullmann Encyclopedia of Industrial Chemistry (7 ^th ed.). New York: John Wiley ja pojat.
2. McMurry, J. (2011). Fundamentals of Organic Chemistry (7 ^th ed.). Belmont: Brooks / Cole.
3. Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2020) PubChem-tietokanta. Sykloheksaani, CID = 8078. Bethesda: Kansallinen lääketieteellinen kirjasto. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ouellette, RJ, & Rawn, JD (2014). Orgaaninen kemia - rakenne, mekanismi ja synteesi. San Diego: Elsevier.
5. Petrucci, RH, Herring, FG, Bissonnette, C., ja Madura, JD (2017). Yleinen kemia: periaatteet ja Modern Applications (11 ^th ed.). New York: Pearson.
6. Solomons, TW, Fryhle, CB ja Snyder, SA (2016). Orgaaninen kemia (12 ^th ed.). Hoboken: John Wiley ja pojat.
7. Wade, LG (2013). Orgaaninen kemia (8. painos). New York. Pearson.