Ciclohexà

Poll without page-refresh

Article on other languages:

	del.icio.us
	Digg
	Furl
	Reddit
	Rojo
	Add to OnlyWire

Ciclohexà

Fórmula esquelètica del ciclohexà en la seva conformació de cadira

Model de boles i varetes del ciclohexà en la seva conformació de cadira

General

Ciclohexà

C₆H₁₂

C1CCCCC1

84,16 g/mol

Aspecte

blanc o incolor,

Número CAS

[110-82-7]

Propietats

0,779 g/cm³, líquid

insoluble

6,5 °C, 280 K, 44 °F

80,74 °C, 354 K, 177 °F

Punt crític

K 1 × 10⁷ Pa

Entalpia estàndard de
formació Δ_fH^o₂₉₈

-156

Viscositat

1,02 mPa·s a 17 °C

Estructura

Grup de simetria

...

Moment dipolar

...

Perills

[...]

Inflamable (F)
Nociu (Xn)
Perillós per al'ambient (N)
Sever irritant ocular, pot provocar opacitat corneal

NFPA 704

Frases R

R11, R38, R65, R67, R50/53

Frases S

(S2), S9, S16, S25, S33, S60, S61, S62

Punt d'inflamabilitat

-20º C

Temp. autoignició

....

Temperatura màxima
de combustió

...

Limit d'explosió

...

Compostos relacionats

Benzè
Ciclohexè
Ciclopentà
Cicloheptà

Si no s'indica el contrari, les dades són pels materials
en condicions estàndard (25 °C, 100 kPa)
Avís d'exempció de responsabilitat

El Ciclohexà és un cicloalcà amb la fórmula molecular C₆H₁₂. El ciclohexà és emprat com a dissolvent apolar per la indústria química, i també com a matèria primera per a la producció industrial d'àcid adípic i caprolactama, ambdós dels quals són intermediaris usats en la producció de niló. A escala industrial es produeix a partir de la reacció del benzè amb l'hidrogen. A causa de les seves propietats químiques i conformacionals úniques, el ciclohexà també s'utilitza en laboratoris en anàlisis i com a estàndard.

Conformació química

Article principal: conformació ciclohexà

L'anell de 6 vèrtexs no s'ajusta a la forma d'un hexàgon perfecte. La conformació d'un hexàgon pla en 2D té una tensió d'angle considerable a causa del fet que els seus enllaços no tenen 109,5 graus; la tensió torsional també fora considerable a causa de què tots els enllaços es troben eclipsats. Per això, per reduir la tensió torsional, el ciclohexà adopta una estructura tridimensional coneguda com conformació de cadira.

Una molècula de ciclohexà en conformació de cadira. Els àtoms d'hidrogen en posicions axials es mostren en vermell, mentre que aquells en posicions equatorials són en blau.

La nova conformació posa els carbonis en un angle de 109,5°. La meitat dels hidrogens són al pla de l'anell (equatorial) mentre l'altra meitat són perpendiculars al pla (axial). Aquest conformació es la que permet l'estructura més estable de ciclohexà. Existeix una altre conformació del ciclohexà , coneguda com a conformació de bot, però s'interconverteix en la formació de cadira que és una mica més estable. En el cas de què el ciclohexà es monosubstitueixi amb un substituent gran, llavors el substituent es trobarà més probablement adjuntat en una posició equatorial, ja què això dona lloc a una conformació una mica més estable, al no estar sotmesa a repulsions estèriques importants.

El ciclohexà té l'angle i la tensió torsional més baixa de tots els cicloalcans, i s'ha considerat que en ciclohexà te una tensio d'anell 0, la qual és una combinació de la tensió d'angle i de la tensió torsional. Això també fa més estable el ciclohexà que la resta dels cicloalcans i per això produeix la quantitat més petita de calor quan es cremat comparat amb els altres cicloalcans.

Reaccions del ciclohexà

El ciclohexà pur en si mateix és bastant poc reactiu, sent un hidrocarbur no polar i hidrofòbic. Pot reaccionar amb àcids molt forts com el sistema superàcid HF + SbF5 que provoca la protonació forçada i el "cracking de l'hidrocarbur". Els ciclohexans substituïts, tanmateix, poden ser reactius sota una varietat de condicions, moltes de les quals són importants per a la química orgànica. El ciclohexà és altament inflamable.

Derivats del ciclohexà

L'arranjament específic dels grups funcionals en els derivats de ciclohexà, i en efecte en la majoria de les molècules de cicloalcans, és extremadament important en reaccions químiques, especialment en les reaccions que impliquen nucleòfils. Els substituents a l'anell han de trobar-se en la posició axial per reaccionar amb unes altres molècules. Per exemple, la reacció de bromociclohexà i un nucleòfil comú, un anió d'hidròxid (OH), per formar ciclohexè:

C₆H₁₁Br + OH → C₆H₁₀ + H₂O + Br

Aquesta reacció, coneguda normalment com una reacció d'eliminació o deshalogenació (específicament E2), demana que el substituent de brom es trobi en la posició axial, oposant-se a un altre àtom H axial per a reaccionar. Suposant que el bromociclohexà es trobava en la posició apropiada per a reaccionar, la reacció de E2 començaria com segueix:

El parell d'electrons que formen l'enllaç C-Br passa al Br, formant Br- i l'allibera del ciclohexà
El nucleòfil (-OH) dóna un parell d'electrons a l'H axial adjacent, alliberant l'H i enllaçant-se a ell per formar H₂O
El parell d'electrons que forma l'enllaç amb l'H axial adjacent es desplaça cap a l'enllaç entre el dos C-C per formar C=C

Nota: Els tres passos passen simultàniament, característica de totes les reaccions de E2.

El procés anterior generarà principalment reaccions de E2 i com a resultat el producte serà principalment (~70%) ciclohexè. Tanmateix, el percentatge varia amb les condicions, i generalment, competeixen dues reaccions diferents (E2 i S_N2). En la reacció citada, una reacció de S_N2 substituiria el brom per un hidroxil (OH-), però una vegada més, el Br ha de trobar-se en posició axial per reaccionar. Una vegada que la substitució de S_N2 és completa, el nou grup OH substituït torna a la posició equatorial més estable molt ràpidament (~1 mil·lisegon).

Usos

Comercialment gran part del ciclohexà produït es converteix en una mescla de ciclohexanona-ciclohexanol (o "oli de KA") per oxidació catalítica. L'oli de KA s'utilitza llavors com a primera matèria per a fabricar àcid adípic i caprolactama. A la pràctica, si el contingut de ciclohexanol en l'oli de KA és més alt que el de ciclohexanona, és més probable (econòmic) de ser convertit en àcid adípic, i en el cas invers, la producció de caprolactam és més probable. La proporció entre ciclohexanona i ciclohexanol en l'oli de KA es pot controlar seleccionant catalitzadors d'oxidació adequats. Part del ciclohexà s'utilitza com a dissolvent orgànic.

Història

A diferència de composts com el benzè, el ciclohexà no es pot obtenir fàcilment a partir de recursos naturals com el carbó. Cap a la fi del dinovè segle els primers investigadors químics havien de dependre de la síntesi orgànica. Van necessitar trenta anys per completar els detalls^[1]. El 1867 Marcellin Berthelot reduïa benzè amb àcid iodhídric a temperatures elevades. Va identificar incorrectament el producte de la reacció com a hexà no solament a causa del paregut en el punt d'ebullició (69°C) sinó també perquè no creia que el benzè era una molècula cíclica (com el seu contemporani August Kekule) sinó més aviat alguna classe d'associació d'acetilè. El 1870 un dels seus escèptics Adolf von Baeyer repetia la reacció i identificava el producte de la reacció com a hexahidrobenze i el 1890 Vladimir Markovnikov creia que podia destil·lar el mateix compost a partir de petroli del Caucas i batejava al seu brevatge com a hexanafté.

El 1894 Baeyer sintetitzava ciclohexà començant amb una condensació de Dieckmann de l'àcid pimèlic seguida per reduccions múltiples:

i en el mateix any E. Haworth i W.H. Perkin Jr. (1860 - 1929) feien el mateix amb una reacció de Wurtz de l'1,6-dibromohexà.

Sorprenentment els seus ciclohexans bullien uns 10ºC més alts que el hexahidrobenzè o hexanafté però aquest enigma va ser resolt el 1895 per Markovnikov, N.M. Kishner i Nikolay Zelinsky quan identificaren l'hexahidrobenze i l'hexanafté com a metilciclopentà, format com a resultat d'una reacció de transposició inesperada.