CICLOHEXÀ: ESTRUCTURA, USOS, CONFORMACIONS - QUIMICA - 2026

El ciclohexà és un cicloalcano relativament estable amb la fórmula molecular C ₆ H ₁₂. Es tracta d'un líquid incolor i inflamable que té una olor suau a solvent, però que pot ser penetrant en presència d'impureses.

Té una densitat de 0,779 g / cm ³; bull a 80,7 ° C; i es congela a 6,4 ° C. Es considera insoluble en l'aigua, ja que la seva solubilitat sol pot ser de tot just 50 ppm (aprox.) A temperatura ambient. No obstant això, es barreja fàcilment amb alcohol, èter, cloroform, benzè i acetona.

Model 3D de la molècula de ciclohexà. Jynto and Ben Mills / Public domain

Els sistemes anellats de l'ciclohexà són més comuns entre les molècules orgàniques de la naturalesa que les d'altres cicloalcans. Això pot ser degut tant a la seva estabilitat com a la selectivitat que ofereixen els seus conformacions ben establertes.

De fet, els carbohidrats, esteroides, productes vegetals, pesticides i molts altres compostos importants contenen anells semblants als de l'ciclohexà, les conformacions resulten de gran importància per a la seva reactivitat.

estructura

El ciclohexà és un hidrocarbur alicíclic de sis membres. Hi principalment en una conformació en la qual tots els enllaços CH en els àtoms de carboni veïns estan escalonats, amb angles dièdrics iguals a 60 °.

A causa de que té l'angle i la tensió de torsió més baixos de tots els cicloalcans, es considera que el ciclohexà presenta un zero pel que fa a la tensió total de l'anell. Això també fa que el ciclohexà sigui el més estable dels cicloalcans i, per tant, produeixi la menor quantitat de calor quan es crema en comparació amb els altres cicloalcans.

Posicions dels substituents

Hi ha dos tipus de posicions per als substituents en l'anell de l'ciclohexà: posicions axials i posicions equatorials. Els enllaços equatorials CH es troben en una banda al voltant de l'equador de l'anell.

Al seu torn, cada àtom de carboni té un hidrogen axial que és perpendicular a mapa de la l'anell i paral·lel al seu eix. Els hidrògens axials s'alternen cap amunt i cap avall; cada àtom de carboni té una posició axial i una equatorial; i cada costat de l'anell té tres posicions axials i 3 equatorials en una disposició alterna.

Models d'estudi

El ciclohexà s'estudia millor construint un model molecular físic o amb un programa de modelatge molecular. Quan s'utilitza algun d'aquests models, és possible observar fàcilment les relacions de torsió i l'orientació dels àtoms d'hidrogen equatorials i axials.

No obstant això, també es pot analitzar la disposició dels àtoms d'hidrogen en una projecció de Newman a l'observar qualsevol parell d'enllaços CC paral·lels.

Projecció de Newman de l'ciclohexà. Durfo / CC0

conformacions

El ciclohexà pot presentar en dues conformacions que són interconvertibles: pot i cadira. No obstant això, aquesta última és la conformació més estable, ja que no hi ha angle ni tensió torsional en l'estructura de l'ciclohexà; més de l'99% de les molècules estan en una conformació de cadira en qualsevol moment donat.

Conformació de cadira de l'ciclohexà. Chem Sim 2001 / Public domain

Conformació de cadira

En una conformació de cadira, tots els angles d'enllaç CC són de 109,5 °, el que els allibera de tensió angular. A causa que els enllaços CC estan perfectament esglaonats, la conformació de la cadira també està lliure de tensió torsional. A més, els àtoms d'hidrogen en les cantonades oposades de l'anell de ciclohexà estan separats a l'màxim.

Conformació de pot

La conformació de la cadira pot prendre una altra forma anomenada conformació de el pot. Això passa com a resultat de rotacions parcials sobre els enllaços simples CC de l'anell. Tal conformació tampoc presenta tensió angular, però sí que té tensió torsional.

Conformació de pot de l'ciclohexà. Keministi / Public domain

Quan es veu un model de la conformació de pot, en els eixos d'enllaç CC al llarg de cada costat, es troba que els enllaços C-H en aquests àtoms de carboni estan eclipsats, produint tensió torsional.

A més, dos dels àtoms d'hidrogen estan prou a prop un de l'altre com per generar forces de repulsió de Van Der Waals.

Conformació de pot tort

Si la conformació de pot es flexiona, s'obté la conformació de el pot tort que pot alleujar part de la tensió torsional i també reduir les interaccions entre els àtoms d'hidrogen.

No obstant això, l'estabilitat obtinguda per la flexió és insuficient per fer que la conformació de pot tort sigui més estable que la conformació de la cadira.

Conformació de pot tort de l'ciclohexà. Keministi / CC0

aplicacions

Fabricació de niló

Gairebé tot el ciclohexà que es produeix comercialment (més de l'98%) és àmpliament utilitzat com a matèria primera en la producció industrial dels precursors de l'niló: àcid adípic (60%), caprolactama i hexametilendiamina. El 75% de la caprolactama produïda a tot el món es fa servir per a la fabricació de niló 6.

Guitarra amb cordes de niló. Font: pexels.com

Fabricació d'altres compostos

No obstant això, el ciclohexà també s'empra en la fabricació de benzè, clorur de ciclohexilo, nitrociclohexano, ciclohexanol i ciclohexanona; en la fabricació de combustible sòlid; en formulacions fungicides; i en la recristal·lització industrial d'esteroides.

aplicacions minoritàries

Una fracció molt petita de l'ciclohexà produït s'usa com a solvent no polar per a la indústria química i diluent en reaccions polimèriques. També es pot fer servir com removedor de pintura i vernís; en l'extracció d'olis essencials; i substituts de vidre.

A causa de les seves propietats químiques i conformacionals úniques, el ciclohexà també s'usa en laboratoris química analítica per a determinacions de pes molecular i com a estàndard.

manufactura

procés tradicional

El ciclohexà és present en el petroli cru en concentracions que varien entre 0.1 i 1.0%. Per tant, solia produir-se tradicionalment per la destil·lació fraccionada de la nafta en la qual s'obtenia un concentrat de 85% de ciclohexà mitjançant superfraccionamiento.

Destil·lació fraccionada de l'petroli. Crude_Oil_Distillation-fr.svg: Image originale: Psarianos, Theresa Knott; image vectorielle: Rogilbertderivative work: Utain () / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Aquest concentrat es venia així, ja que una purificació addicional requeria dur a terme un procés d'isomerització de pentanos, craqueig per calor per eliminar hidrocarburs de cadena oberta i tractament amb àcid sulfúric per eliminar compostos aromàtics.

Gran part de la dificultat d'obtenir ciclohexà amb una major puresa es devia a la gran quantitat de components de l'petroli amb punts d'ebullició similars.

Procés d'alta eficiència

En l'actualitat, el ciclohexà es produeix a escala industrial fent reaccionar benzè amb hidrogen (hidrogenació catalítica) a causa de la simplicitat de el procés i la seva alta eficiència.

Aquesta reacció es pot dur a terme utilitzant mètodes de fase líquida o de vapor en presència d'un catalitzador altament dispers o en un llit fix catalític. S'han desenvolupat diversos processos en què es fa servir níquel, platí o pal·ladi com a catalitzador.

La majoria de les plantes de ciclohexà utilitzen gas d'reformador que produeix benzè i grans quantitats de subproductes d'hidrogen com a matèria primera per a la producció de ciclohexà.

A causa de que els costos d'hidrogen i benzè són crítics per a la fabricació de ciclohexà de manera rendible, les plantes solen situar-se prop de grans refineries on hi ha disponibles matèries primeres de baix cost.

referències

1. Campbell, ML (2014). Cyclohexane. Ullmann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry (7 ^th ed.). New York: John Wiley & Sons.
2. McMurry, J. (2011). Fundamentals of Organic Chemistry (7 ^th ed.). Belmont: Brooks / Cole.
3. National Center for Biotechnology Information. (2020) PubChem Database. Cyclohexane, CID = 8078. Bethesda: National Library of Medicine. Recuperat de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ouellette, RJ, & Rawn, JD (2014). Organic Chemistry - Structure, Mechanism, and Synthesis. San Diego: Elsevier.
5. Petrucci, RH, Herring, FG, Bissonnette, C., & Madura, JD (2017). General Chemistry: Principles and Modern Applications (11 ^th ed.). New York: Pearson.
6. Solomons, TW, Fryhle, CB, & Snyder, SA (2016). Organic Chemistry (12 ^th ed.). Hoboken: John Wiley & Sons.
7. Wade, LG (2013). Organic Chemistry (8th ed.). New York. Pearson.