El ciclohexano es un cicloalcano con la fórmula molecular C6H12. El ciclohexano se utiliza como disolvente apolar para la industria química, y también como materia prima para la producción industrial de ácido adípico y caprolactama, ambos intermedios utilizados en la producción de nailon. A escala industrial, el ciclohexano se produce haciendo reaccionar benceno con hidrógeno. Debido a sus propiedades químicas y conformacionales únicas, el ciclohexano también se usa en laboratorios en análisis y como estándar.

Molécula de ciclohexano usando Jsmol ver – Para estructuras 3D

Estructura del ciclohexano Molécula

El anillo de 6 vértices no se ajusta a la forma de un hexágono perfecto. La conformación de un hexágono plano 2D plano tiene una deformación angular considerable debido al hecho de que sus enlaces no son de 109,5 grados; la tensión de torsión también sería considerable debido a todas las uniones eclipsadas. Por lo tanto, para reducir la tensión torsional, el ciclohexano adopta una estructura tridimensional conocida como conformación de silla. La nueva conformación coloca los carbonos en un ángulo de 109,5 °. La mitad de los hidrógenos están en el plano del anillo (ecuatorial) mientras que la otra mitad son perpendiculares al plano (axial). Esta conformación permite la estructura más estable de ciclohexano. Existe otra conformación de ciclohexano, conocida como conformación de bote, pero se interconvierte a la formación de silla ligeramente más estable. Si el ciclohexano está monosustituido con un sustituyente grande, lo más probable es que el sustituyente se encuentre unido en una posición ecuatorial, ya que esta es la conformación ligeramente más estable.

El ciclohexano tiene el ángulo y la tensión de torsión más bajos de todos los cicloalcanos, como resultado, el ciclohexano se ha considerado un 0 en la deformación total del anillo, una combinación de ángulo y deformación torsional. Esto también hace que el ciclohexano sea el más estable de los cicloalcanos y, por lo tanto, producirá la menor cantidad de calor cuando se quema en comparación con los otros cicloalcanos.

Molécula de ciclohexano en forma de silla. Los átomos de hidrógeno en posiciones axiales se muestran en rojo, mientras que los que se encuentran en posiciones ecuatoriales están en azul.

Reacciones con ciclohexano

El ciclohexano puro en sí mismo es bastante no reactivo, al ser no polar, hidrocarburo hidrofóbico. Puede reaccionar con ácidos muy fuertes como el sistema superácido HF + SbF5, lo que provocará una protonación forzada y un «craqueo de hidrocarburos». Sin embargo, los ciclohexanos sustituidos pueden ser reactivos en diversas condiciones, muchas de las cuales son importantes para la química orgánica. El ciclohexano es altamente inflamable.

Derivados del ciclohexano

La disposición específica de los grupos funcionales en los derivados del ciclohexano, y de hecho en la mayoría de las moléculas de cicloalcano, es extremadamente importante en las reacciones químicas, especialmente en las reacciones que involucran nucleófilos. Los sustituyentes del anillo deben estar en formación axial para reaccionar con otras moléculas. Por ejemplo, la reacción de bromociclohexano y un nucleófilo común, un anión hidróxido, daría como resultado ciclohexeno.

Esta reacción, comúnmente conocida como reacción de eliminación o deshalogenación (específicamente E2), requiere que el sustituyente bromo sea en la formación axial, oponiéndose a otro átomo de H axial para reaccionar. Suponiendo que el bromociclohexano estuviera en la formación apropiada para reaccionar, la reacción E2 comenzaría como tal:

1. El enlace del par de electrones entre el C-Br se mueve al Br, formando Br∠‘y estableciéndolo libre de ciclohexano
2. El nucleófilo (-OH) da un par de electrones al H axial adyacente, liberando al H y uniéndose a él para crear H2O
3. El enlace del par de electrones entre el H adyacente El eje H se mueve al enlace entre los dos CC, lo que lo convierte en C = C

Nota: Los tres pasos ocurren simultáneamente, característico de todas las reacciones E2.

La reacción anterior generará principalmente reacciones E2 y, como resultado, el producto será principalmente (~ 70%) ciclohexeno. Sin embargo, el porcentaje varía con las condiciones y, en general, compiten dos reacciones diferentes (E2 y Sn2). En la reacción anterior, una reacción de Sn2 sustituiría el bromo por un grupo hidroxilo (OH-) en su lugar, pero una vez más, el Br debe estar en axial para reaccionar. Una vez que se completa la sustitución de SN2, el grupo OH recién sustituido volvería rápidamente a la posición ecuatorial más estable (~ 1 milisegundo). Usos

Comercialmente, la mayor parte del ciclohexano producido se convierte en una mezcla de ciclohexanona-ciclohexanol mediante catalizador oxidación. El aceite KA se utiliza luego como materia prima para el ácido adípico y la caprolactama. En la práctica, si el contenido de ciclohexanol del aceite de KA es más alto que el de ciclohexanona, es más probable (económico) que se convierta en ácido adípico y, en el caso inverso, es más probable la producción de caprolactama. Tal relación en aceite KA se puede controlar seleccionando catalizadores de oxidación adecuados. Algo de ciclohexano se utiliza como disolvente orgánico.

El ciclohexano en la investigación

Aunque ya se sabe mucho sobre este hidrocarburo cíclico, aún se están investigando las mezclas de ciclohexano y benceno y el ciclohexano en fase sólida para determinar los rendimientos de hidrógeno de la mezcla cuando se irradia a 195 ° C.

Historia

A diferencia de compuestos como el benceno, el ciclohexano no se puede obtener fácilmente de recursos naturales como el carbón. Hacia fines del siglo XIX, los primeros investigadores químicos tuvieron que depender de la síntesis orgánica. Les tomó 30 años desarrollar los detalles. En 1867, Marcelino Berthelot redujo el benceno con ácido yodhídrico a temperaturas elevadas. Identificó incorrectamente el producto de reacción como n-hexano, no solo por la coincidencia conveniente en el punto de ebullición (69 ° C), sino también porque no creía que el benceno fuera una molécula cíclica (como su contemporáneo August Kekule) sino más bien algún tipo de asociación. de acetileno. En 1870 uno de sus escépticos Adolf von Baeyer repitió la reacción y pronunció el mismo producto de reacción hexahidrobenceno y en 1890 Vladimir Markovnikov creyó que podía destilar el mismo compuesto del petróleo del Cáucaso llamando a su mezcla hexanafteno

En 1894 Baeyer ciclohexano sintetizado comenzando con una condensación Dieckmann de ácido pimélico seguido de múltiples reducciones. y en el mismo año E. Haworth y W.H. Perkin Jr. (1860-1929) hizo lo mismo en una reacción de Wurtz de 1,6-dibromohexano. Sorprendentemente, sus ciclohexanos hervían más de 10 ° C que el hexahidrobenceno o el hexanafteno, pero este enigma fue resuelto en 1895 por Markovnikov, NM Kishner y Nikolay. Zelinsky cuando volvieron a diagnosticar el hexahidrobenceno y el hexanafteno como metilciclopentano, el resultado de una reacción de reordenamiento inesperada.