الهكسان الحلقي: الهيكل ، الاستخدامات ، المطابقات - كيمياء - 2026

و الهكسان الحلقي هو ألكان حلقي استقرارا نسبيا مع الصيغة الجزيئية C ₆ H ₁₂. إنه سائل عديم اللون وقابل للاشتعال وله رائحة مذيب خفيفة ، ولكن يمكن اختراقه بوجود شوائب.

لها كثافة 0.779 جم / سم ³ ؛ يغلي عند 80.7 درجة مئوية ؛ ومجمدة عند 6.4 درجة مئوية. يعتبر غير قابل للذوبان في الماء ، حيث يمكن أن تكون قابليته للذوبان منخفضة فقط مثل 50 جزء في المليون (تقريبًا) في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك ، فإنه يمتزج بسهولة مع الكحول والأثير والكلوروفورم والبنزين والأسيتون.

نموذج ثلاثي الأبعاد لجزيء الهكسان الحلقي. جينتو وبن ميلز / المجال العام

تعتبر أنظمة الحلقة من الهكسان الحلقي أكثر شيوعًا بين الجزيئات العضوية في الطبيعة من تلك الموجودة في الألكانات الحلقية الأخرى. قد يكون هذا بسبب كل من الاستقرار والانتقائية التي توفرها توافقها الراسخ.

في الواقع ، تحتوي الكربوهيدرات والستيرويدات والمنتجات النباتية ومبيدات الآفات والعديد من المركبات المهمة الأخرى على حلقات مشابهة لتلك الموجودة في الهكسان الحلقي ، والتي تعتبر تركيباتها ذات أهمية كبيرة لتفاعلها.

بناء

الهكسان الحلقي هو هيدروكربون حلقية مكون من ستة ذرات. إنه موجود بشكل أساسي في التشكل حيث تكون جميع روابط CH في ذرات الكربون المجاورة متداخلة ، مع زوايا ثنائية الأضلاع تساوي 60 درجة.

نظرًا لأنه يحتوي على أدنى زاوية وإجهاد الالتواء لجميع الألكانات الحلقية ، يعتبر الهكسان الحلقي صفرًا بالنسبة إلى إجهاد الحلقة الكلي. هذا أيضًا يجعل الهكسان الحلقي أكثر الألكانات الحلقيّة ثباتًا وبالتالي ينتج أقل قدر من الحرارة عند الاحتراق مقارنة بالألكانات الحلقية الأخرى.

المناصب البديلة

هناك نوعان من المواضع للبدائل على حلقة الهكسان الحلقي: المواضع المحورية والمواضع الاستوائية. تقع روابط CH الاستوائية في شريط حول خط استواء الحلقة.

في المقابل ، تحتوي كل ذرة كربون على هيدروجين محوري متعامد على مستوى الحلقة وموازي لمحورها. تتناوب الهيدروجين المحورية لأعلى ولأسفل ؛ كل ذرة كربون لها موقع محوري واستوائي ؛ ولكل جانب من جوانب الحلقة ثلاثة مواقع محورية وثلاثة مواضع استوائية في ترتيب متناوب.

نماذج الدراسة

أفضل طريقة لدراسة الهكسان الحلقي هي بناء نموذج جزيئي فيزيائي أو باستخدام برنامج نمذجة جزيئية. عند استخدام أي من هذه النماذج ، من الممكن بسهولة ملاحظة العلاقات الالتوائية واتجاه ذرات الهيدروجين الاستوائية والمحورية.

ومع ذلك ، يمكن أيضًا تحليل ترتيب ذرات الهيدروجين في إسقاط نيومان من خلال النظر إلى أي زوج من روابط CC المتوازية.

إسقاط نيومان من الهكسان الحلقي. دورفو / CC0

المطابقة

يمكن أن يحدث الهكسان الحلقي في شكلين قابلين للتحويل: القارب والكرسي. ومع ذلك ، فإن الأخير هو الشكل الأكثر استقرارًا ، حيث لا توجد زاوية أو إجهاد الالتواء في بنية الهكسان الحلقي ؛ أكثر من 99٪ من الجزيئات موجودة في شكل كرسي في أي وقت.

شكل كرسي من الهكسان الحلقي. كيم سيم 2001 / المجال العام

تشكيل الكرسي

في شكل الكرسي ، تكون جميع زوايا رابطة CC 109.5 درجة ، مما يخفف من الإجهاد الزاوي. نظرًا لأن روابط التيار المستمر متداخلة تمامًا ، فإن تشكيل السرج يكون أيضًا خاليًا من الإجهاد الالتوائي. أيضًا ، ذرات الهيدروجين في الزوايا المقابلة لحلقة الهكسان الحلقي متباعدة بشكل متباعد.

تشكيل القارب

يمكن أن يأخذ شكل الكرسي شكلًا آخر يسمى شكل العلبة. يحدث هذا نتيجة الدوران الجزئي على روابط CC المفردة للحلقة. مثل هذا التشكل أيضًا لا يمثل إجهادًا زاويًا ، لكن لديه إجهاد الالتواء.

شكل قارب سيكلوهكسان. Keministi / المجال العام

عند النظر إلى نموذج لتشكل القارب ، في محاور رابطة CC على طول كل جانب ، وجد أن روابط C - H في ذرات الكربون هذه محطمة ، مما ينتج عنه إجهاد الالتواء.

أيضًا ، اثنتان من ذرات الهيدروجين قريبة بدرجة كافية من بعضهما البعض لتوليد قوى تنافر فان دير فال.

شكل القارب الملتوي

إذا انثني شكل القارب ، فستحصل على شكل القارب الملتوي الذي يمكن أن يخفف بعض الضغط الالتوائي ويقلل أيضًا من التفاعلات بين ذرات الهيدروجين.

ومع ذلك ، فإن الثبات الناتج عن الانحناء غير كافٍ لجعل شكل القارب الملتوي أكثر ثباتًا من شكل السرج.

شكل القارب الملتوي من الهكسان الحلقي. Keministi / CC0

التطبيقات

صناعة النايلون

يتم استخدام جميع الهكسان الحلقي المنتج تجاريًا (أكثر من 98٪) على نطاق واسع كمادة خام في الإنتاج الصناعي لسلائف النايلون: حمض الأديبيك (60٪) ، كابرولاكتام وهيكساميثيلين ديامين. يستخدم 75٪ من الكابرولاكتام المنتج في جميع أنحاء العالم في صناعة النايلون 6.

الغيتار مع أوتار النايلون. المصدر: pexels.com

صنع مركبات أخرى

ومع ذلك ، يستخدم الهكسان الحلقي أيضًا في تصنيع البنزين ، كلوريد سيكلوهكسيل ، نيتروسيكلوهكسان ، سيكلوهكسانول ، وسيكلوهكسانون ؛ في صناعة الوقود الصلب. في تركيبات مبيدات الفطريات. وفي إعادة بلورة المنشطات الصناعية.

تطبيقات الأقليات

يتم استخدام جزء صغير جدًا من الهكسان الحلقي المنتج كمذيب غير قطبي للصناعة الكيميائية وكمخفف في تفاعلات البوليمر. يمكن استخدامه أيضًا كمزيل للطلاء والورنيش ؛ في استخراج الزيوت الأساسية. وبدائل الزجاج.

نظرًا لخصائصه الكيميائية والتشكيلية الفريدة ، يستخدم الهكسان الحلقي أيضًا في مختبرات الكيمياء التحليلية لتحديد الوزن الجزيئي وكمعيار.

صناعة

عملية تقليدية

يوجد الهكسان الحلقي في النفط الخام بتركيزات تتراوح بين 0.1 و 1.0٪. لذلك ، كان يتم إنتاجه تقليديًا عن طريق التقطير الجزئي للنفتا حيث يتم الحصول على تركيز 85٪ من الهكسان الحلقي عن طريق التجزئة الفائقة.

التقطير التجزيئي للبترول. Crude_Oil_Distillation-fr.svg: أصل الصورة: Psarianos، Theresa knott؛ image vectorielle: Rogilbertderivative work: Utain () / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

تم بيع هذا المركز على هذا النحو ، حيث تطلب مزيد من التنقية تنفيذ عملية أزمرة البنتان ، والتكسير الحراري لإزالة الهيدروكربونات مفتوحة السلسلة ، والمعالجة بحمض الكبريتيك لإزالة المركبات العطرية.

يرجع الكثير من الصعوبة في الحصول على الهكسان الحلقي بدرجة نقاء أعلى إلى العدد الكبير من المكونات البترولية ذات نقاط الغليان المماثلة.

عملية عالية الكفاءة

اليوم ، يتم إنتاج الهكسان الحلقي على نطاق صناعي عن طريق تفاعل البنزين مع الهيدروجين (الهدرجة التحفيزية) بسبب بساطة العملية وكفاءتها العالية.

يمكن إجراء هذا التفاعل باستخدام طرق الطور السائل أو البخاري في وجود محفز شديد التشتت أو في طبقة محفز ثابتة. تم تطوير العديد من العمليات التي يتم فيها استخدام النيكل والبلاتين والبلاديوم كمحفز.

تستخدم معظم مصانع الهكسان الحلقي غاز إعادة التأهيل المنتج للبنزين وكميات كبيرة من المنتجات الثانوية للهيدروجين كمادة وسيطة لإنتاج الهكسان الحلقي.

نظرًا لأن تكاليف الهيدروجين والبنزين ضرورية لصنع الهكسان الحلقي المربح ، غالبًا ما توجد المصانع بالقرب من مصافي التكرير الكبيرة حيث تتوفر المواد الأولية منخفضة التكلفة.

المراجع

1. كامبل ، ML (2014). سيكلوهكسان. موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية (7 ^تشرين إد). نيويورك: جون وايلي وأولاده.
2. ماكموري ، ج. (2011). أسس الكيمياء العضوية (7 ^تشرين إد). بلمونت: بروكس / كول.
3. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2020) قاعدة بيانات PubChem. سيكلوهكسان ، إدارة البحث الجنائي = 8078. بيثيسدا: المكتبة الوطنية للطب. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ouellette، RJ، & Rawn، JD (2014). الكيمياء العضوية - التركيب والآلية والتوليف. سان دييغو: إلسفير.
5. Petrucci ، RH ، Herring ، FG ، Bissonnette ، C. ، & Madura ، JD (2017). الكيمياء العامة: المبادئ والتطبيقات الحديثة (11 ^تشرين محرر). نيويورك: بيرسون.
6. Solomons، TW، Fryhle، CB، & Snyder، SA (2016). الكيمياء العضوية (12 ^تشرين إد). هوبوكين: جون وايلي وأولاده.
7. واد ، إل جي (2013). الكيمياء العضوية (الطبعة الثامنة). نيويورك. بيرسون.