Cykloheksan - Cyclohexane

Nie mylić z benzenem .
Cykloheksan
Cykloheksan
Struktura 3D cząsteczki cykloheksanu
Wzór szkieletowy cykloheksanu w konformacji krzesełkowej
Model kulowo-kijowy cykloheksanu w jego konformacji krzesełkowej
Nazwy
Preferowana nazwa IUPAC
Cykloheksan
Inne nazwy
Heksanaften (archaiczny)
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
3DMet
1900225
CZEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
Karta informacyjna ECHA 100.003.461 Edytuj to na Wikidata
1662
KEGG
Identyfikator klienta PubChem
Numer RTECS
UNII
Numer ONZ 1145
  • InChI=1S/C6H12/c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H2 sprawdzaćTak
    Klucz: XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N sprawdzaćTak
  • InChI=1/C6H12/c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H2
    Klucz: XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYAZ
  • C1CCCCCC1
Nieruchomości
C 6 H 12
Masa cząsteczkowa 84,162  g·mol -1
Wygląd zewnętrzny Bezbarwna ciecz
Zapach Słodki, benzyna -like
Gęstość 0,7739 g/ml, ciecz; Gęstość = 0,996 g/ml, ciało stałe
Temperatura topnienia 6,47 ° C (43,65° F; 279,62 K)
Temperatura wrzenia 80,74 ° C (177,33 ° F; 353,89 K)
Niemieszalny
Rozpuszczalność Rozpuszczalny w eterze , alkoholu , acetonieaceton
Ciśnienie pary 78 mmHg (20 °C)
-68,13 x 10 -6 cm 3 / mol
1.42662
Lepkość 1,02 cP w 17 °C
Termochemia
-156 kJ/mol
-3920 kJ/mol
Zagrożenia
Arkusz danych dotyczących bezpieczeństwa Zobacz: strona danych
Piktogramy GHS GHS02: Łatwopalny GHS08: Zagrożenie dla zdrowia GHS07: Szkodliwy GHS09: Zagrożenie dla środowiska
Hasło ostrzegawcze GHS Niebezpieczeństwo
H225 , H302 , H305 , H315 , H336
P210 , P233 , P240 , P241 , P242 , P243 , P261 , P264 , P271 , P273 , P280 , P301 + 310 , P302 + 352 , P303 + 361 + 353 , P304 + 340 , P312 , P321 , P331 , P332 + 313 , P362 , P370 +378 , P391 , P403+233 , P403+235 , P405
NFPA 704 (ognisty diament)
1
3
0
Temperatura zapłonu -20 ° C (-4 ° F; 253 K)
245 ° C (473 ° F; 518 K)
Granice wybuchowości 1,3-8%
Dawka lub stężenie śmiertelne (LD, LC):
LD 50 ( mediana dawki )
 12705 mg/kg (szczur, doustnie)
813 mg/kg (mysz, doustnie)
17 142 ppm (mysz, 2  godz. )
26 600 ppm (królik, 1 godz.)
NIOSH (limity ekspozycji dla zdrowia w USA):
PEL (dopuszczalne)
 TWA 300 ppm (1050 mg/m 3 )
REL (zalecane)
 TWA 300 ppm (1050 mg/m 3 )
IDLH (Bezpośrednie niebezpieczeństwo)
 1300 ppm
Związki pokrewne
Powiązane cykloalkany
Cyklopentan
Cykloheptan
Związki pokrewne
 Cykloheksen
Benzen
Strona z danymi uzupełniającymi
Współczynnik załamania ( n ),
stała dielektryczna (ε r ) itp.

Dane termodynamiczne
 Zachowanie fazowe
ciało stałe-ciecz-gaz
UV , IR , NMR , MS
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
sprawdzaćTak zweryfikuj  ( co to jest   ?) sprawdzaćTak☒n
Referencje do infoboksu

Cykloheksan jest cykloalkan o wzorze cząsteczkowym C 6 H 12 . Cykloheksan jest niepolarny . Cykloheksan to bezbarwna, łatwopalna ciecz o charakterystycznym, detergentowym zapachu, przypominającym środki czyszczące (w których bywa stosowany). Cykloheksan stosowany jest głównie do przemysłowego wytwarzania kwasu adypinowego i kaprolaktamu , które są prekursorami do nylonu .

Cykloheksyl ( C 6 H 11 ) oznacza alkil podstawnikiem cykloheksanu i skrócone Cy .

Produkcja

Nowoczesny

Na skalę przemysłową, cykloheksan wytwarzane przez uwodornienie z benzenem , w obecności niklu Raney'a jako katalizatora. Producenci cykloheksanu odpowiadają za około 11,4% światowego zapotrzebowania na benzen. Reakcja jest silnie egzotermiczna, z ΔH(500 K) = -216,37 kJ/mol). Odwodornienie rozpoczęło się zauważalnie powyżej 300 °C, odzwierciedlając korzystną entropię odwodornienia.

Katalityczne uwodornienie benzenu do cykloheksanu za pomocą katalizatora Raney-nikiel

Wczesny

W przeciwieństwie do benzenu , cykloheksan nie występuje w zasobach naturalnych, takich jak węgiel. Z tego powodu pierwsi badacze zsyntetyzowali swoje próbki cykloheksanu.

Awaria

Nieoczekiwanie, ich cykloheksany gotowane wyższa o 10 ° C niż jednej hexahydrobenzene lub hexanaphtene, ale rzeszoto rozpuszczono w 1895 roku przez Markownikowa, NM Kishnera i Nikolay Zelinsky gdy przypisane „hexahydrobenzene” i „hexanaphtene” jako metylocyklopentan , wynik nieoczekiwany reakcja przegrupowania .

redukcja benzenu do metylocyklopentanu

Sukces

W 1894 roku Baeyer zsyntetyzował cykloheksan, rozpoczynając od ketonizacji kwasu pimelinowego, a następnie wielokrotnych redukcji:

1894 synteza cykloheksanu Baeyer

W tym samym roku E. Haworth i WH Perkin Jr. (1860-1929) przygotowali go w reakcji Wurtza 1,6-dibromoheksanu.

1894 synteza cykloheksanu Perkin / haworth

Reakcje i zastosowania

Chociaż raczej niereaktywny, cykloheksan ulega katalitycznemu utlenianiu z wytworzeniem cykloheksanonu i cykloheksanolu . Mieszanina cykloheksanon-cykloheksanol, zwana „ olejem KA ”, jest surowcem kwasu adypinowego i kaprolaktamu , prekursorów nylonu . Rocznie produkuje się kilka milionów kilogramów cykloheksanonu i cykloheksanolu.

Jest stosowany jako rozpuszczalnik w niektórych markach płynów korekcyjnych. Cykloheksan jest czasami używany jako niepolarny rozpuszczalnik organiczny, chociaż n-heksan jest w tym celu szerzej stosowany. Jest często stosowany jako rozpuszczalnik do rekrystalizacji , ponieważ wiele związków organicznych wykazuje dobrą rozpuszczalność w gorącym cykloheksanie i słabą rozpuszczalność w niskich temperaturach.

Cykloheksan jest również używany do kalibracji przyrządów do różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), ze względu na dogodną przemianę kryształ-kryształ w temperaturze -87,1 °C.

Pary cykloheksanu są stosowane w piecach do nawęglania próżniowego, w produkcji urządzeń do obróbki cieplnej.

Struktura

Główny artykuł: konformacja cykloheksanu

Pierścień krawędzi z 6 wierzchołkami nie odpowiada kształtowi idealnego sześciokąta . Konformacja płaskiego płaskiego sześciokąta 2D ma znaczne odkształcenie kątowe, ponieważ jego wiązania nie mają 109,5 stopnia; skrętnych szczep byłoby również znaczny, ponieważ wszystkie obligacje byłyby obligacje przyćmione . Dlatego, aby zmniejszyć naprężenia skręcające , cykloheksan przyjmuje trójwymiarową strukturę znaną jako konformacja krzesła , która szybko przekształca się w temperaturze pokojowej w procesie znanym jako odwrócenie krzesła . Podczas przewracania krzesła występują trzy inne pośrednie konformacje: półkrzesło, które jest najbardziej niestabilną konformacją, bardziej stabilna konformacja łódki oraz łódka skrętna, która jest bardziej stabilna niż łódka, ale wciąż znacznie mniej stabilny niż krzesło. Krzesło i łódź skrętna są minimami energii, a zatem są konformerami, podczas gdy półkrzesło i łódź są stanami przejściowymi i reprezentują maksima energii. Pomysł, że konformacja krzesła jest najbardziej stabilną strukturą dla cykloheksanu, został po raz pierwszy zaproponowany już w 1890 roku przez Hermanna Sachse, ale zyskał powszechną akceptację znacznie później. Nowa konformacja stawia węgle pod kątem 109,5°. Połowa wodorów znajduje się w płaszczyźnie pierścienia ( równikowej ), podczas gdy druga połowa jest prostopadła do płaszczyzny ( osiowa ). Ta konformacja pozwala na najbardziej stabilną strukturę cykloheksanu. Istnieje inna konformacja cykloheksanu, znana jako konformacja łodzi , ale przekształca się ona w nieco bardziej stabilną formację krzesełkową. Jeśli cykloheksan jest monopodstawiony dużym podstawnikiem , wówczas podstawnik najprawdopodobniej będzie dołączony w pozycji ekwatorialnej, ponieważ jest to nieco bardziej stabilna konformacja .

Cykloheksan ma najniższy kąt i odkształcenie skrętne ze wszystkich cykloalkanów; w rezultacie cykloheksan został uznany za 0 w całkowitym odkształceniu pierścienia.

Fazy ​​stałe

Cykloheksan ma dwie fazy krystaliczne. I faza wysokotemperaturowa, stabilna między 186 K a temperaturą topnienia 280 K, jest kryształem plastycznym , co oznacza, że ​​cząsteczki zachowują pewien rotacyjny stopień swobody. Zamówiono fazę II niskotemperaturową (poniżej 186 K). Dwie inne niskotemperaturowe (metastabilne) fazy III i IV uzyskano przez zastosowanie umiarkowanych ciśnień powyżej 30 MPa, gdzie faza IV występuje wyłącznie w deuterowanym cykloheksanie (zastosowanie ciśnienia zwiększa wartości wszystkich temperatur przejścia).

Fazy ​​cykloheksanu
Nie Symetria Grupa kosmiczna a (Å) b (Å) c (Å) Z T (K) P (MPa)
i Sześcienny Fm3m 8.61 4 195 0,1
II Jednoskośny C2/c 11.23 6,44 8.20 4 115 0,1
III rombowe Pmnn 6.54 7,95 5.29 2 235 30
IV Jednoskośny P12(1)/n1 6,50 7,64 5,51 4 160 37

Tutaj Z jest jednostką struktury liczbowej na komórkę elementarną ; stałe komórki elementarnej a, b i c zostały zmierzone w danej temperaturze T i ciśnieniu P.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ Heksanaften zarchiwizowane 2018-02-12 w Wayback Maszynie , dictionary.com
  2. ^ „Przód Materia” . Nomenklatura chemii organicznej: zalecenia IUPAC i preferowane nazwy 2013 (Blue Book) . Cambridge: Królewskie Towarzystwo Chemiczne . 2014. s. P001–P004. doi : 10.1039/9781849733069-FP001 . Numer ISBN 978-0-85404-182-4.
  3. ^ a b c d e Kieszonkowy przewodnik po zagrożeniach chemicznych NIOSH. „#0163” . Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (NIOSH).
  4. ^ a b „Cykloheksan” . Stężenia bezpośrednio niebezpieczne dla życia lub zdrowia (IDLH) . Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (NIOSH).
  5. ^ Campbell, M. Larry (2011). „Cykloheksan”. Encyklopedia Chemii Przemysłowej Ullmanna . doi : 10.1002/14356007.a08_209.pub2 . Numer ISBN 978-3527306732.
  6. ^ „Standardowe skróty i akronimy” (PDF) . Dziennik Chemii Organicznej.
  7. ^ Fred Fan Zhang, Thomas van Rijnman, Ji Soo Kim, Allen Cheng „O obecnych metodach uwodorniania związków aromatycznych, 1945 do dnia dzisiejszego” Lunds Tekniska Högskola 2008
  8. ^ Ceresana. "Benzen - Badanie: Rynek, Analiza, Trendy 2021 - Ceresana" . www.ceresana.com . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 21 grudnia 2017 r . Źródło 4 maja 2018 .
  9. ^ B Michael Tuttle Musser (2005). „Cykloheksanol i cykloheksanon”. Encyklopedia Chemii Przemysłowej Ullmanna . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a08_217 . Numer ISBN 978-3527306732.
  10. ^ Warnhoff, EW (1996). „Ciekawie splecione historie benzenu i cykloheksanu”. J.Chem. Wyk. 73 (6): 494. Kod Bib : 1996JChEd..73..494W . doi : 10.1021/ed073p494 .
  11. ^ Bertholet (1867) „Nouvelles applications des méthodes de réduction en chimie organique” (Nowe zastosowania metod redukcji w chemii organicznej), Bulletin de la Société chimique de Paris , seria 2, 7  : 53-65.
  12. ^ Bertholet (1868) „Méthode universelle pour réduire et saturer d'hydrogène les composés organiques” (Uniwersalna metoda redukcji i nasycania związków organicznych wodorem), Bulletin de la Société chimique de Paris , seria 2, 9  : 8-31. Od strony 17: "En effet, la benzine, chauffée à 280° pendant 24 heures avec 80 fois son poids d'une solution aqueuse saturée à froid d'acide iodhydrique, se change à peu près entièrement en hydrure d'hexylène, C 12 H 14 , en fixant 4 fois son volume d'hydrogène: C 12 H 6 + 4H 2 = C 12 H 14 … Le nouveau carbure formé par la benzine est un corps unique et défini: il bout à 69°, et offre toutes les własności i skład de l'hydrure d'hexylène extrait des petroles." (W efekcie benzen, ogrzewany do 280° przez 24 godziny z 80 razy większą wagą wodnego roztworu zimnego nasyconego kwasu jodowodorowego, jest prawie całkowicie zamieniany w wodorek heksylenu, C 12 H 14 , [Uwaga: ten wzór dla heksanu ( C 6 H 14 ) jest błędne, ponieważ ówcześni chemicy używali niepoprawnej masy atomowej dla węgla.] ustalając [tj. łącząc z] 4-krotnością jego objętości wodoru: C 12 H 6 + 4 H 2 = C 12 H 14 … nowy związek węgla tworzony przez benzen jest unikalną i dobrze zdefiniowaną substancją: wrze w 69° i posiada wszystkie właściwości i skład wodorku heksylenu wyekstrahowanego z oleju.)
  13. ^ Adolf Baeyer (1870) „Ueber die Reduction aromatischer Kohlenwasserstoffe durch Jodphosphonium” (O redukcji związków aromatycznych przez jodek fosfoniowy [H 4 IP]), Annalen der Chemie und Pharmacie , 155  : 266-281. Od strony 279: „bei der redukcji mit Natriumamalgam oder Jodphosphonium addiren sich im Höchsten Fälle sechs Atome Wasserstoff, und es entstehen Abkömmlinge, stopów sich von einem Kohlenwasserstoff C 6 H 12 ableiten Dieser Kohlenwasserstoff ist Aller Wahrscheinlichkeit nach ein geschlossener Pierścień Da seine pochodnych. , das Hexahydromesitylen und Hexahydromellithsäure, mit Leichtigkeit wieder in Benzolabkömmlinge übergeführt werden können." (Podczas redukcji [benzenu] amalgamatem sodu lub jodkiem fosfoniowym w skrajnym przypadku dodaje się sześć atomów wodoru i powstają pochodne, które pochodzą od węglowodoru C 6 H 12 . Ten węglowodór jest najprawdopodobniej zamkniętym pierścieniem , ponieważ jego pochodne — heksahydromezytylen [1,3,5-trimetylocykloheksan] i kwas heksahydromellitowy [kwas cykloheksano-1,2,3,4,5,6-heksakarboksylowy] — można z łatwością ponownie przekształcić w pochodne benzenu.)
  14. ^ Cena, DM (1995). „Kalibracja temperatury różnicowych kalorymetrów skaningowych”. Dziennik Analizy Termicznej . 45 (6): 1285–1296. doi : 10.1007/BF02547423 .
  15. ^ B Mayer, J .; Urban, S.; Habrylo S.; Holderna K.; Natkaniec, I.; Würflinger, A.; Zając, W. (1991). „Badania rozpraszania neutronów C6H12 i C6D12 cykloheksan pod wysokim ciśnieniem”. Stan fizyczny Solidi B . 166 (2): 381. Kod Bib : 1991PSSBR.166..381M . doi : 10.1002/pssb.2221660207 .

Linki zewnętrzne