cicloesano

Formula strutturale
Formula scheletrica (a sinistra) e conformazione a sedia (a destra)
Generale
Cognome	cicloesano
altri nomi	esaidrobenzene esametilene Nafta CICLOESANI ( INCI )
Formula molecolare	DO 6 H 12
Breve descrizione	liquido incolore con un odore caratteristico
Identificatori esterni / banche dati
numero CAS 110-82-7 numero CE 203-806-2 Scheda informativa dell'ECHA 100.003.461 PubChem 8078 ChemSpider 7787 Wikidata Q211433
proprietà
Massa molare	84,16 g mol −1
Stato fisico	fluido
densità	0,78 gcm -3
Punto di fusione	6,72 °C
punto di ebollizione	81°C
Pressione del vapore	104 ore Pa (20 ° C) 164 hPa (30 ° C) 250 hPa (40°C) 368 hPa (50°C)
solubilità	praticamente insolubile in acqua (0,06 g l -1 a 20 ° C)
Indice di rifrazione	1.42623
istruzioni di sicurezza
Etichettatura di pericolo GHS dal  regolamento (CE) n. 1272/2008 (CLP) , ampliata se necessario Pericolo Frasi H e P H: 225-304-315-336-410 P: 210-240-273-301 + 330 + 331-302 + 352-403 + 233
MAK	DFG : 200 ml m -3 o 700 mg m -3 Svizzera: 200 ml m -3 o 700 mg m -3
Dati tossicologici	12700 mg kg -1 ( DL 50 ,  ratto ,  orale )
Per quanto possibile e consueto, vengono utilizzate unità SI . Salvo diversa indicazione, i dati forniti si applicano alle condizioni standard . Indice di rifrazione: linea Na-D , 20° C

Il cicloesano (anche esaidrobenzene, esametilene, naftene) è un liquido incolore. È un cicloalcano con la formula empirica C ₆ H ₁₂ , che si trova nel petrolio e viene utilizzato come solvente e materia prima in sintesi .

Estrazione e presentazione

La produzione su larga scala di cicloesano avviene per idrogenazione catalitica del benzene a temperature di 170-230°C e pressioni di 20-50 bar su catalizzatori al nichel Raney in fase liquida.

Come reattori sono adatti reattori a colonna a bolle in cascata o reattori a letto fisso . Inoltre è fattibile l'idrogenazione in fase gassosa a 400-600°C e pressioni di 20-50 bar su nichel , platino o palladio - catalizzatori su allumina come supporto.

Inoltre, il cicloesano può anche essere isolato dai ritagli di benzina grezza mediante distillazione frazionata . Tuttavia, questo porta solo a una purezza di circa l'85%. Gli USA sono il principale produttore di cicloesano, negli USA vengono prodotte annualmente circa un milione di tonnellate di cicloesano, che corrisponde a circa il 34% della produzione mondiale. La produzione totale di cicloesano in Europa è compresa tra 835.000 e 925.000 tonnellate all'anno. Nel 2010, circa l'11,4% del mercato mondiale del benzene era rappresentato dalla produzione di cicloesano.

La capacità di produzione di cicloesano nel 1999 era di circa 5,5 milioni di tonnellate all'anno in tutto il mondo .

proprietà

Il cicloesano fonde a 6,7 ​​° C e bolle a 80,7 ° C a pressione normale . Odora di benzina, la soglia di odore è da 1,4 a 88 mg · m ^-3 , il liquido è altamente volatile. Il cicloesano è insolubile in acqua, è facilmente solubile in sostanze organiche come alcoli , idrocarburi , eteri o idrocarburi clorurati , e il cicloesano stesso è un solvente per molte sostanze organiche. Il numero di ottano del cicloesano è 77. Il cicloesano è altamente infiammabile e pericoloso per l'acqua.

conformazioni

Conformazione poltrona

Modello a cupola di una conformazione a sedia

Proiezione di Newman di una conformazione a sedia

Il cicloesano ha svolto un ruolo centrale nello sviluppo della stereochimica organica ( teoria di Hermann Sachse , Ernst Mohr , Sachse-Mohr ). La molecola può esistere in due conformazioni , la conformazione a poltrona e la conformazione twist. A temperatura ambiente, circa il 99 percento delle molecole di cicloesano si trova nella conformazione a sedia. Una molecola di cicloesano piatta (planare) avrebbe un angolo di valenza CCC di 120 ° e numerose interazioni eclittiche dei legami C - H, ovvero un elevato stress angolare ( stress di Baeyer ) e uno stress torsionale . Nella conformazione a sedia , invece, tutti i legami C – H possono formare un angolo di torsione di 60°, e l'angolo di valenza si avvicina all'angolo del tetraedro (109,4°). Pertanto, questa forma è energeticamente più favorevole ed è stata a lungo considerata priva di tensione (vedi articolo energia di tensione ). Anche la conformazione della sedia è esente da sollecitazioni angolari.

La conformazione twist è ottenuta dalla conformazione a sedia quando viene fornita energia termica; per fare ciò, gli angoli di valenza devono essere distorti e una barriera energetica deve essere superata. Il tuo massimo è assegnato a una disposizione "mezza poltrona". Ciò richiede una quantità di energia relativamente elevata (circa 45 kJ mol ^-1 ; 10-11 kcal mol ^-1 ).

e visualizzare le informazioni sull'immagine

Meccanismo del ribaltamento dell'anello del cicloesano

Energia relativa delle conformazioni del cicloesano

La conformazione twist è più flessibile della forma a poltrona. La conformazione a barca discussa in precedenza - prima chiamata conformazione Wannen in tedesco - è anch'essa priva di sollecitazioni angolari; con esso, però, si verificano interazioni eclittiche dei legami C – H sui “lati della barca”, che creano sollecitazioni torsionali. La vicinanza spaziale di due atomi di idrogeno a "prua" e "poppa" della barca porta anche a un notevole stress di van der Waals . La conformazione a torsione può facilmente cambiare in una nuova forma a torsione tramite la disposizione a barca (energia potenziale massima) (barriera energetica circa 6,3 kJ mol ⁻¹ , 1,5 kcal mol ⁻¹ ). Le forme di torsione si fondono l' una nell'altra attraverso la pseudorotazione . Secondo le attuali conoscenze, le disposizioni a mezza sedia ea barca sono massimi dell'energia potenziale, ovvero conformazioni non “stabili”. Infine, attraverso la conformazione twist, l'anello cicloesano a forma di sedia può "scattare" ("flip") in un'altra conformazione a sedia; questo è noto come "inversione" dell'anello (inversione dell'anello).

Inversione ad anello della conformazione a sedia del cicloesano

L'interazione dei legami C – H o atomi di idrogeno è quindi di importanza decisiva per l'energia delle varie conformazioni. Per quanto riguarda la conformazione a sedia più stabile, esistono due serie di legami C – H: sei sono paralleli all'asse speculare rotante di sei volte (S ₆ ) della molecola, tre verso l'alto e tre verso il basso; gli altri sei si allineano con un immaginario "piano equatoriale" perpendicolare a questo asse. Secondo un suggerimento di Derek HR Barton , questi legami sono indicati come equatoriali ( equatoriali , abbreviati in "eq" o "e", blu nella figura), quelli come assiali (ax o a, rosso nella figura). Durante l'inversione dell'anello, i due insiemi si scambiano di posto: i legami assiali C – H diventano equatoriali e viceversa.

La determinazione della struttura mediante diffrazione elettronica ha mostrato, tuttavia, che questo modello è alquanto semplificato. Rispetto alla conformazione a sedia ideale la molecola è alquanto appiattita (Engl. Flattened ). L'angolo di torsione non è di 60 °, ma di 55 °, il che significa che i legami C – H assiali non sono completamente paralleli, ma sono ruotati "verso l'esterno" di circa 7 °. La lunghezza media del legame C - C è 153,6 pm, l'angolo di valenza CCC 111,4 ° e la lunghezza media del legame C - H è 112,1 pm.

Proprietà termodinamiche

La funzione della tensione di vapore è ottenuta nell'intervallo di temperatura da 303 K a 343 K da Antoine corrispondente

log ₁₀ (P) = A - B / (T + C)

con P in bar, T in K e A = 3,99200, B = 1216.930 e C = −48,621.

La dipendenza dalla temperatura dell'entalpia di vaporizzazione può essere determinata nell'intervallo di temperatura tra 298 K e 380 K secondo l'equazione

Δ _V H ⁰ = A exp (−αT _r ) (1 - T _r ) ^β

con Δ _V H ⁰ in kJ / mol, T _r = T / T _c come temperatura ridotta e A = 43,42 kJ / mol, α = -0,1437, β = 0,4512 e T _c = 553,4 K. descrivere.

• 

  Funzione della pressione di vapore del cicloesano

• 

  Dipendenza dalla temperatura dell'entalpia di vaporizzazione del cicloesano

Parametri relativi alla sicurezza

Il cicloesano forma miscele vapore-aria altamente infiammabili. Il composto ha un punto di infiammabilità di -18 ° C. L' intervallo di esplosione è compreso tra 1,0% in volume (35 g/m ³ ) come limite inferiore di esplosività (LEL) e 9,3% in volume (326 g/m ³ ) come limite superiore di esplosività (UEL). I limiti di esplosione dipendono dalla pressione. L'abbassamento della pressione comporta una riduzione dell'area di esplosione. Il limite inferiore di esplosione cambia solo leggermente fino a una pressione di 100 mbar e aumenta solo a pressioni inferiori a 100 mbar. Il limite superiore di esplosione diminuisce analogamente al diminuire della pressione.

La pressione massima di esplosione e la concentrazione limite di ossigeno dipendono dalla pressione e dalla temperatura. La larghezza del gap limite è stata determinata in 0,94 mm. Ciò si traduce in un'assegnazione al gruppo di esplosione IIA. Con un'energia di accensione minima di 1,38 mJ, le miscele vapore-aria sono estremamente infiammabili. La temperatura di accensione è di 260 ° C. La sostanza rientra quindi nella classe di temperatura T3. La conduttività elettrica è molto bassa a 4.0 · 10 ⁻¹⁵ S · m ⁻¹ .

utilizzo

Il cicloesano è usato per produrre fibre sintetiche come il nylon . È anche usato come solvente. Il cicloesano si trova nel petrolio ed è un importante materiale di partenza per le sintesi organiche. Circa il 39% del cicloesano prodotto viene consumato in Europa, l'Europa è il maggior consumatore di cicloesano.

Rischi per la salute

L'inalazione e l'ingestione del liquido provocano mal di testa, nausea e vertigini. Gli occhi e la pelle diventano rossi e c'è irritazione delle vie aeree. Un'esposizione a lungo termine tramite CAN cicloesano dermatite risultato, una reazione infiammatoria della pelle.

letteratura

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link internet

Wikizionario: Cicloesano  - spiegazione dei significati, origine delle parole, sinonimi, traduzioni

Evidenze individuali

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