Cyclohexane

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Introduction

cyclohexane

Général
Nom IUPAC
N CAS	110-82-7
N EINECS	203-806-2
DrugBank	DB03561
PubChem	8078
ChEBI	29005
SMILES
InChI
Apparence	liquide incolore.
Propriétés chimiques
Formule brute	C₆H₁₂
Masse molaire	84,1595 ± 0,0056 g·mol
Susceptibilité magnétique	χ_M 68,1×10 cm·mol
Propriétés physiques
T° fusion	6,47 °C
T° ébullition	80,75 °C
Solubilité	dans l'eau : nulle, Sol. dans l'alcool, l'éther, l'acétone; Miscible avec l'huile d'olive; 100 ml de méthanol dissout 57 g à 20°C
Masse volumique	0,7786 g·cm
T° d’auto-inflammation	260 °C
Point d’éclair	-18 °C (coupelle fermée)
Limites d’explosivité dans l’air	1,3–8,4 %vol
Pression de vapeur saturante	à 20 °C : 12,7 kPa
Viscosité dynamique	0,98 mPa.s à 20°C
Point critique	280,3 °C , 40,7 bar
Thermochimie
ΔH°	3,6×10 J·kg-1
C_p
PCS	3 919,6 kJ·mol
Propriétés optiques
Indice de réfraction	$n_{D}^{20}$ 1,42662
Précautions
Directive 67/548/EEC

Phrases R : 11, 38, 50/53, 65, 67,

Phrases S : 9, 16, 33, 60, 61, 62,

Transport

1145

Écotoxicologie
NFPA 704
3 1 0
SIMDUT
B2, D2B,
SGH
Danger H225, H304, H315, H336, H410,
DL	930–1 360 mg·kg (rats, oral)
LogP	3,44
Seuil de l’odorat	bas : 0,52 ppm haut : 784 ppm
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le cyclohexane est un hydrocarbure cyclique saturé de la famille des (mono)cycloalcanes de formule brute C₆H₁₂. Le cyclohexane est utilisé comme solvant apolaire dans l'industrie chimique, mais aussi comme réactif pour la production industrielle de l'acide adipique et du caprolactame, intermédiaires utilisés dans la production du nylon. La formule topologique du cyclohexane est présentée ci-contre.

Historique

En 1890, Sachse et Mohr découvrent que la 'géométrie' du cyclohexane n'est pas plane et décrivent la conformation ‘chaise’ par ressemblance avec une chaise longue.
En 1942, en étudiant le cyclohexane à l’état gazeux par diffraction des électrons, Odd Hassel peut établir que la forme la plus fréquente en phase gazeuse est la forme 'chaise'. L’autre forme du cyclohexane, dans laquelle les deux atomes de carbone opposés sont du même côté du plan de la molécule est nommée 'bateau'. Les deux formes se transforment avec facilité réciproquement l’une et l’autre: elles sont en équilibre mutuel. La forme bateau est moins stable.
En 1943, Hassel montre qu’il existe dans le cyclohexane deux types de liaisons C—H: celles qui sont perpendiculaires au plan moyen de la molécule et celles qui sont parallèles à ce plan; c’est ce que l’on nommera un peu plus tard les liaisons 'axiales' et 'équatoriales'.

Géométrie et conformations

La rotation autour des liaisons C-C permet au cyclohexane d'adopter une infinité de conformations. Quand on représente la molécule de cyclohexane en 3 dimensions, deux conformations peuvent être utilisées : « chaise » et « bateau ».

Le passage d'une conformation chaise à l'autre dite "inversion de conformation chaise" se fait par rotation autour des liaisons carbone-carbone et par torsion. Du point de vue énergétique, les conformations chaises sont les plus stables, en effet à température ambiante plus de 99% des molécules de cyclohexane sont dans cette conformation. Comme le montre la représentation, les liaisons entre l'atome de carbone et l'atome d'hydrogène peuvent être de deux types différents :

Les liaisons axiales qui sont perpendiculaires au plan moyen du cycle.
Les liaisons équatoriales qui sont plus ou moins situées dans le plan moyen du cycle soit un peu au-dessus, soit légèrement au-dessous.

L'inversion de conformation chaise transforme une liaison équatoriale en une liaison axiale et réciproquement. Si le cyclohexane est substitué par un groupement méthyle par exemple ce dernier se trouvera en position équatoriale car la position énergétiquement la plus favorable (c'est-à-dire pour laquelle l'énergie potentielle est la plus basse) pour un substituant est la position équatoriale car elle minimise les interactions avec les atomes d'hydrogènes voisins.

Propriétés

Le cyclohexane est un liquide incolore, mobile, d'odeur relativement agréable, insoluble dans l'eau, soluble dans les solvants saturé cyclique, le cyclohexane est chimiquement assez inerte, à l'image des paraffines. Il se dissocie en butadiène au-dessus de 700 °C.

Utilisations

Pour ses applications industrielles, il est oxydé en mélange de cyclohexanol et de cyclohexanone pour aboutir aux matières premières:

Nylon-6,6 à partir d'acide adipique et d' hexaméthylène diamine
Nylon-6 via le caprolactame.

Synthèse

Il est possible d'obtenir le cyclohexane par une triple hydrogénation du benzène en présence d'un catalyseur à base de nickel.