Κυκλοεξάνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Κυκλοεξάνιο
Cyclohexane-2D-skeletal.svg
Cyclohexane-chair-2D-stereo-skeletal.png
Cyclohexane-3D-space-filling.png
Cyclohexane-chair-3D-balls.png
Cyclohexane-chair-colour-coded-3D-balls.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Κυκλοεξάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C6H6
Μοριακή μάζα 84,16 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
40 px
Αριθμός CAS 110-82-7
SMILES C1CCCCC1
InChI 1S/C6H12/c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H2
Αριθμός UN 48K5MKG32S
PubChem CID 8078
ChemSpider ID 7787
Δομή
Πόλωση δεσμού C--H+: 3%
Μοριακή γεωμετρία Τα ανθρακοάτομα σε εξάπλευρη θέση «ανάκλιντρου».
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 23
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης 6,47°C
Σημείο βρασμού 80,74°C
Κρίσιμη θερμοκρασία 281°C
Κρίσιμη πίεση 4.070 kPa
Πυκνότητα 778,1 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό
Μη αναμίξιμο
Διαλυτότητα
σε άλλους διαλύτες
Διαιθυλαιθέρα
Αιθανόλη
Προπανόνη
Ελαιόλαδο
Ιξώδες 1,02 cP (17°C)
Δείκτης διάθλασης ,
nD
1,42662
Τάση ατμών 100 mmHg (25,5°C)
Εμφάνιση Άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Βαθμός οκτανίου 110[1]
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
-20°C
Σημείο αυτανάφλεξης 245°C
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg Hazard X.svg Hazard N.svg
Eύφλεκτο (F)
Βλαβερό (Xn)
Επικίνδυνο για το περιβάλλον (N)
Φράσεις κινδύνου R11, R38, R65, R67, R50/53
Φράσεις ασφαλείας (S2), S9, S16, S25, S33, S60, S61, S62
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
3
1
0
Άλλοι κίνδυνοι Ερεθιστικό για τα μάτια
Μπορεί να προκαλέσει
θόλωση του κερατοειδούς
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Το κυκλοεξάνιο είναι ένα κυκλοαλκάνιο με χημικό τύπο C6H12. Το κυκλοεξάνιο χρησιμοποιείται ως ένας μη πολικός διαλύτης για τη χημική βιομηχανία, αλλά και ως μια πρώτη ύλη για την παραγωγή άλλων χημικών προϊόντων, όπως το αδιπικό οξύ και την καπρολακτάμη, που και τα δυο χρησιμοποιούνται, με τη σειρά τους, ως ενδιάμεσες ύλες για την παραγωγή του νάυλον. Σε βιομηχανική κλίμακα, το κυκλοεξάνιο παράγεται με καταλυτική υδρογόνωση βενζολίου. Εξαιτίας των μοναδικών χημικών και διαμορφωτικών του ιδιοτήτων, το κυκλοεξάνιο χρησιμοποιείται από αναλυτικά εργαστήρια ως ένα πρότυπο. Στις συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή θερμοκρασία 25°C και πίεση 1 Ατμόσφαιρα (μονάδα), το κυκλοπεντάνιο είναι ένα άχρωμο υγρό, με μια διακριτική οσμή που θυμίζει αυτή προϊόντων καθαρισμού, σε ορισμένα από τα οποία πράγματι χρησιμοποιείται.

Ισομέρεια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με βάση το χημικό τύπο του, C6H12, το κυκλοεξάνιο έχει τα ακόλουθα ισομερή 23 θέσης:

  1. 1-εξένιο.
  2. 2-εξένιο.
  3. 3-εξένιο.
  4. 2-μεθυλο-1-πεντένιο.
  5. 3-μεθυλο-1-πεντένιο.
  6. 4-μεθυλο-1-πεντένιο.
  7. 2-μεθυλο-2-πεντένιο.
  8. 3-μεθυλο-2-πεντένιο.
  9. Αιθυλοβουτένιο.
  10. 2,3-διμεθυλο-1-βουτένιο.
  11. 3,3-διμεθυλοβουτένιο.
  12. 2,3-διμεθυλο-2-βουτένιο.
  13. Μεθυλοκυκλοπεντάνιο.
  14. Αιθυλοκυκλοβουτάνιο.
  15. 1,1-διμεθυλοκυκλοβουτάνιο.
  16. 1,2-διμεθυλοκυκλοβουτάνιο.
  17. 1,3-διμεθυλοκυκλοβουτάνιο.
  18. Προπυλοκυκλοπροπάνιο.
  19. Ισοπροπυλοκυκλοπροπάνιο.
  20. 1-αιθυλο-1-μεθυλοκυκλοπροπάνιο.
  21. 1-αιθυλο-2-μεθυλοκυκλοπροπάνιο.
  22. 1,1,2-τριμεθυλοκυκλοπροπάνιο.
  23. 1,2,3-τριμεθυλοκυκλοπροπάνιο.

Δομή και φυσικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Διαμόρφωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο εξαμελής δακτύλιος, από τον οποίο αποτελείται δομικά ο ανθρακικός σκελετός του μορίου του κυκλοεξανίου, δεν διαμορφώνεται στο σχήμα ενός κανονικού εξαγώνου. Με τη διαμόρφωση ενός επίπεδου εξαγώνου, το μόριο του εξαγώνου θα είχε αξιόλογη «ενέργεια τάσης δεσμών» λόγω γωνιακής παραμόρφωσης, γιατί σ' αυτό το σχήμα οι γωνίες δεν είναι ίσες με 109,5°. Θα υπήρχε ακόμη και αξιόλογη τάση στρέψης, γιατί όλοι οι δεσμοί με τα άτομα υδρογόνου θα βρίσκονταν σε εκλειπτικές θέσεις, αυξάνοντας έτσι την ενέργεια του συστήματος, λόγω μεγιστοποίησης των απώσεων (τα άτομα υδρογόνου έχουν ένα στατιστικό δ+ ηλεκτρικό φορτίο). Για τους παραπάνω λόγους, και για την ελαχιστοποίηση της ενέργειας (που συνεπάγεται μεγιστοποίηση της σταθερότητας) του συστήματος, το μόριο του κυκλοεξάνιου «υιοθετεί» την αποκαλούμενη «διαμόρφωση ανακλίντρου». Η δομή αυτή προτάθηκε για πρώτη φορά το 1890 από το Χέρμαν Σαξ (Hermann Sachse), αλλά κέρδισε ευρύτερη αποδοχή πολύ αργότερα. Αυτή η διαμόρφωση εξισώνει τις (νοητές) γωνίες μεταξύ των ατόμων άνθρακα στις 109,5°. Τα μισά (δηλαδή τα έξι (6) από τα άτομα υδρογόνου βρίσκονται στο (νοητό) επίπεδο του δακτυλίου, και ονομάζονται «ισημερινά», και τα υπόλοιπα είναι κάθετα στο επίπεδο αυτό, και ονομάζονται «αξονικά». Αυτή η διαμόρφωση επιτρέπει την πιο σταθερή δομή του μορίου του κυκλοεξανίου. Ωστόσο, βρέθηκε ότι ακόμη μια διαμόρφωση υπάρχει για το κυκλοεξάνιο, που είναι γνωστή ως «διαμόρφωση λουτήρα», αλλά τείνει να επαναδιαμορφωθεί στην ελάχιστα σταθερότερη διαμόρφωση ανακλίντρου. Αν ένα από τα άτομα υδρογόνου του κυκλοεξανίου υποκατασταθούν από κάποια ομάδα, η τελευταία είναι πιο πιθανό να βρεθεί συνδεμένη με μια ισημερινή θέση, γιατί η διαμόρφωση αυτή για τα μονοπαράγωγα του κυκλοεξανίου είναι ελάχιστα πιο σταθερή από την αλλη.

Το κυκλοεξάνιο έχει τη χαμηλότερη παραμόρφωση, τόσο γωνιακή όσο και στρέψης, από όλα τα άλλα κυκλοαλκάνια, οπότε το κυκλοεξάνιο θεωρείται ότι έχει συνολική «ενέργεια τάσης δεσμών» μηδέν (0). Αυτή η κατάσταση κάνει το κυκλοεξάνιο το πιο σταθερό κυκλοαλκάνιο και γι' αυτό παράγει την ελάχιστη θερμότητα (ανά μεθυλενική ομάδα), όταν καίγεται, όταν συγκρίνεται με τα άλλα κυκλοαλκάνια.

Το στεροποιημένο κυκλοεξάνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το κυκλοεξάνιο σχηματίζει δυο (2) κύριες κρυσταλλικές φάσεις, όταν βρίσκεται στη στερεή κατάσταση. Η «φάση I» είναι σταθερή μεταξύ 186 K και του σημείου τήξης του, δηλαδή τους 280 Κ. Είναι ένα «πλαστικό κρυσταλλικό», έκφραση που σημαίνει ότι τα μόριά του έχουν ένα βαθμό ελεύθερης περιστροφής. Σε θερμοκρασίες κάτω από τους 186 Κ, σχηματίζεται η «φάση II». Έχουν παρατηρηθεί άλλες δυο (2) μετασταθείς φάσεις (που χαρακτηρίζονται ως «φάση III» και «φάση IV», αντίστοιχα). Η «φάση III» παρατηρήθηκε ότι σχηματίζεται όταν το ψυχρό στερεό κυκλοεξάνιο υφίσταται πιέσεις πάνω από 30 MPa, ενώ η «φάση IV» παρατηρήθηκε αποκλειστικά μόνο αν το κυκλοεξάνιο περιέχει δευτέριο. Σημειώστε ότι η εφαρμογή πίεσης αυξάνει τις τιμές όλων των θερμοκρασιών μετάβασης[2].

Στερεές φάσεις κυκλοεξανίου[2]
# Συμμετρία Χωρική ομάδα a (Å) b (Å) c (Å) Z T (K) P (MPa)
I Κυβική Fm3m 8,1 4 195 0,1
II Μονοκλινής C2/c 11,23 6,44 8,20 4 115 0,1
III Ορθορομβική Pmnn 6,54 7,95 5,29 2 235 30
IV Μονοκλινής P12(1)/n1 6,50 7,64 5,51 4 160 37

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Βιομηχανικά παράγεται με με καταλυτική υδρογόνωση βενζολίου[3]:


\mathrm{PhH + 3H_2 \xrightarrow{Pt}} Cyclohexane-2D-skeletal.svg

:

Εναλλακτικά, υπάρχουν και οι ακόλουθες μέθοδοι:

Με θέρμανση αλάτων δικαρβονικών οξέων με Ca ή Ba[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κατά τη θέρμανση εξανοδιικού ασβεστίου ή εξανοδιικού βαρίου παίρνουμε κυκλοεξανόνη. Στη συνέχεια αυτή ανάγεται προς το κυκλοεξάνιο. Π.χ. υδροξείδιο του ασβεστίου [Ca(OH)2][4]:


\mathrm{HOOC(CH_2)_5COOH + Ca(OH)_2 \xrightarrow{\triangle} 2H_2O + CaCO_3 +}Κυκλοεξανόνη
Κυκλοεξανόνη  \mathrm{+ 2Zn + 2HCl  \xrightarrow{Ni} ZnCl_2 + ZnO +} Cyclohexane-2D-skeletal.svg

Με διαμοριακή συμπύκνωση διεστέρων δικαρβονικών οξέων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η διαμοριακή συμπύκνωση δύο διεστέρων δικαρβονικών οξέων, από τους οποίους ο ένας είναι του οξαλικού οξέως και ο άλλος του εξανοδιικού οξέος, γίνεται με επίδραση μεταλλικού νατρίου. Με τον τρόπο αυτό σχηματίζεται δικετοδικαρβονικός διεστέρας με εξαμελή δακτύλιο. Στη συνέχεια αυτός ανάγεται προς σαπωνοποείται προς το αντίστοιχο δικαρβονικό άλας. Το τελευταίο διαποκαρβοξυλιώνεται προς την αντίστοιχη κυκλοδικετόνη, που τελικά ανάγεται προς το αντίστοιχο κυκλοαλκάνιο[5]:


\mathrm{ROOCCOOR + ROOC(CH_2)_4COOR + 2Na \xrightarrow{} 2RONa + H_2 +} 1,4-δι(αλκυλοκαρβοξυλο)-2,3-κυκλοεξαδιόνη
1,4-δι(αλκυλοκαρβοξυλο)-2,3-κυκλοεξαδιόνη  \mathrm{+ 2NaOH \xrightarrow{} 2ROH +} 1,4-δι(νατριοκαρβοξυλο)-2,3-κυκλοεξαδιόνη
1,4-δι(νατριοκαρβοξυλο)-2,3-κυκλοεξαδιόνη  \mathrm{\xrightarrow{\triangle} 2NaOH + 2CO_2 +} 1,2-κυκλοεξανοδιόνη
1,2-κυκλοεξανοδιόνη  \mathrm{+ 4Zn + 4HCl \xrightarrow{Ni} 2ZnO + 2ZnCl_2 +} Cyclohexane-2D-skeletal.svg

  • Τα αλκύλια R δεν είναι υποχρεωτικό να είναι ίδια. Χρησιμοποιήθηκε το ίδιο σύμβολο για λόγους απλότητας.

Εξαμελής δακτύλιος με αντίδραση Diels–Adler[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κατά την επίδραση «συζυγούς» αλκαδιενίου (διένιου) σε αιθένιο (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Diels–Adler) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοεξενίου. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παίρνουμε κυκλοεξένιο. Το τελευταίο μπορεί να υδρογονωθεί καταλυτικά, σχηματίζοντας κυκλοεξάνιο[6]:

\mathrm{
CH_2=CH_2 + CH_2=CHCH=CH_2 \xrightarrow{} } Cyclohexen - Cyclohexene.svg
Cyclohexen - Cyclohexene.svg \mathrm{
+ H_2 \xrightarrow{Ni}} Cyclohexane-2D-skeletal.svg

Χημική συμπεριφορά και παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το καθαρό κυκλοεξάνιο είναι μάλλον (σχετικά) αδρανές, αφού είναι ένας μη πολικός, υδρόφοβος υδρογονάνθρακας. Μπορεί να αντιδράσει με σουπεροξέα, όπως το μίγμα υδροφθορίου και πενταφθοριούχου αντιμονίου, το οποίο «εξαναγκάζει» το κυκλοεξάνιο να πρωτονιωθεί και να υποστεί πυρόλυση. Τα υποκατεστημένα κυκλοεξάνια, ωστόσο, μπορεί να είναι δραστικά κάτω από μια ποικιλία συνθηκών, και έτσι πολλά από αυτά είναι σημαντικά για την Οργανική Χημεία. Ακόμη, το κυκλοεξάνιο είναι πολύ εύφλεκτο.

Αναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. [www.elmhurst.edu/.../515gasolinecpd.html Παν/μιο Έλμχερστ]
  2. 2,0 2,1 Mayer, J.; Urban, S.; Habrylo, S.; Holderna, K.; Natkaniec, I.; Würflinger, A.; Zajac, W. (1991). "Neutron Scattering Studies of C6H12 and C6D12 Cyclohexane under High Pressure". Physica status solidi (b) 166 (2): 381. doi:10.1002/pssb.2221660207.
  3. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 360, §16.5.2.
  4. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982:154, §6.5.Α1., ν = 4.
  5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982:154, §6.5.Α3., ν = 1.
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 160, §6.10.2.

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.126, 6.1.
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Cyclohexane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Cyclohexane (data page) της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).