Разместить заказ
Вы будете перенаправлены на Автор24

Циклогексан

8-800-775-03-30 support@author24.ru
Содержание статьи

Циклогексан - циклоалкан с молекулярной формулой $C_6H_{12}$ (аббревиатура Cy). Циклогексан в основном используется для промышленного производства адипиновой кислоты и капролактама, которые являются предшественниками нейлона. Циклогексан представляет собой бесцветную, легко воспламеняющаяся жидкость с характерным запахом, напоминающим чистящие средства (в которых иногда используется).



Рисунок 1.

Методы получения

  1. Современное промышленное производство.

    В промышленном масштабе, циклогексан получают путем гидрирования бензола. Производство циклогексана занимает около 11,4% мирового спроса на бензол. Реакция является сильно экзотермической, с $\triangle H$ (500 K) = 216.37 кДж / моль). Дегидрирование начинается при температурах выше 300$^\circ$С, что отражает благоприятную энтропию для дегидрогенизации.



    Рисунок 2.

  2. Исторические методы.

    В отличие от бензола, циклогексан не легко получить из природных ресурсов, таких как уголь. По этой причине, на первых этапах исследователям синтезировать циклогексан не удавалось:

    В 1867 г. Бертло восстанавливал бензол с иодистоводородной кислотой при повышенных температурах.

    В 1870 году Адольф фон Байер повторил реакцию и назвал продукт реакции "гексагидробезен".

    В 1890 году Владимир Марковникова полагал, что он мог получить это соединение перегонкой Кавказской нефти, назвав его "гексанафтен".

    Как неожиданно оказалось позже, циклогексаны, полученные методами, указанными выше ("гексагидробезен" и "гексагидробезен"), имели температуру плавления на 10$^\circ$C выше, чем циклогексан полученный гидрированием бензола. Эта загадка была решена в 1895 году Марковниковым и Николаем Зелинским, когда они определили, что "гексагидробезен" и "гексагидробезен" являются метилциклопентаном, образующимся в результате неожиданной реакции перегруппировки:



    Рисунок 3.

    В 1894 Байер синтезировал циклогексан, начиная с конденсации Дикмана пимелиновой кислоты с последующим восстановлением:



    Рисунок 4.

    В том же году Е. Хауорте и Перкин-младший (1860-1929) получили его с помощью реакции Вюрца из 1,6-дибромгексана:



    Рисунок 5.

Конформация циклогексана

При помощи рентгенографии и других физических методов было доказано, что циклогексан находится в конформации кресла, полностью освобожденной от напряжения:



Рисунок 6.

Проекции Ньюмена вдоль связей $C1-C2$ наглядно показывают, что валентные углы соответствуют тетраэдрическому расположению, а все углерод-водородные связи заторможены:



Рисунок 7.

Конверсия цикла циклогексана

Согласованное вращение вокруг $C-C$ связей переводит одну форму конформации кресла в другую форму, идентичную ей по энергии, в которой все аксиальные атомы водорода становятся экваториальными и наоборот - все экваториальные - аксиальными. Этот процесс носит название конверсии цикла:

Готовые работы на аналогичную тему



Рисунок 8.

В ходе этого перехода образуются другие, менее стабильные и потому короткоживущие экстремальные конформации циклогексана: конформация полукресла (конформация полутвист-формы), конформация твист-формы и конформация ванны:



Рисунок 9.

Переход формы кресла в твист-форму протекает через промежуточную неустойчивую форму полукресла (полутвист-форму):



Рисунок 10.

На рис. ниже приведена общая энергетическая диаграмма всех конформационных переходов циклогексана.

Энергетическая диаграмма конформационных переходов в циклогексане. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 11. Энергетическая диаграмма конформационных переходов в циклогексане. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Изначальная конформация кресла переходит в конформацию полукресла, которая затем переходит в твист-форму (1). Затем данная твист-форма через промежуточную конформацию ванны "скручивается" в обратном направлении в другую твист-форму (2), которая далее переходит в новую конформацию полукресла (2), которая в конечном итоге переходит в конечный продукт конверсии - новое кресло (2).

Геометрически этот процесс может быть описан следующей после довательностью превращений, в которых свое положение изменяют одновременно два атома углерода:



Рисунок 12.

Сообщество экспертов Автор24

Автор этой статьи

Автор статьи

Елена Шаповалова Владимировна

Эксперт по предмету «Химия»

Статья предоставлена специалистами сервиса Автор24
Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.
как работает сервис