Cyclohexane

cyclohexane
Différentes représentations d'une molécule de cyclohexane.
Identification
Nom UICPA	cyclohexane
No CAS	110-82-7
No ECHA	100.003.461
No CE	203-806-2
DrugBank	DB03561
PubChem	8078
ChEBI	29005
SMILES	C1CCCCC1 PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1/C6H12/c1-2-4-6-5-3-1/h1-6H2
Apparence	liquide incolore
Propriétés chimiques
Formule	C6H12  [Isomères]
Masse molaire	84,159 5 ± 0,005 6 g/mol C 85,63 %, H 14,37 %,
Susceptibilité magnétique	$\chi _{M}$ 68,1×10-6 cm3·mol-1
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
Paramètre de solubilité δ	16,8 MPa1/2 (25 °C)
Masse volumique	0,778 6 g·cm-3 équation : $\rho =0.8908/0.27396^{(1+(1-T/553.58)^{0.2851})}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 279,69 à 553,58 K. Valeurs calculées : 0,77311 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 279,69 6,54 9,3797 0,7894 297,95 24,8 9,18818 0,77329 307,08 33,93 9,09025 0,76504 316,21 43,06 8,99078 0,75667 325,34 52,19 8,88968 0,74816 334,47 61,32 8,78682 0,73951 343,6 70,45 8,6821 0,73069 352,73 79,58 8,57538 0,72171 361,86 88,71 8,46651 0,71255 370,99 97,84 8,35533 0,70319 380,12 106,97 8,24163 0,69362 389,25 116,1 8,12521 0,68383 398,38 125,23 8,00582 0,67378 407,51 134,36 7,88316 0,66345 416,64 143,49 7,7569 0,65283 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 425,76 152,61 7,62665 0,64187 434,89 161,74 7,49192 0,63053 444,02 170,87 7,35215 0,61876 453,15 180 7,20664 0,60652 462,28 189,13 7,05452 0,59372 471,41 198,26 6,89467 0,58026 480,54 207,39 6,72565 0,56604 489,67 216,52 6,54552 0,55088 498,8 225,65 6,35154 0,53455 507,93 234,78 6,13975 0,51673 517,06 243,91 5,90385 0,49687 526,19 253,04 5,63296 0,47408 535,32 262,17 5,30499 0,44647 544,45 271,3 4,85919 0,40895 553,58 280,43 3,252 0,27369
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 équation : $P_{vs}=exp(116.51+{\frac {-7103.3}{T}}+(-15.49)\times ln(T)+(1.6959E-2)\times T^{1})$ Pression en pascals et température en kelvins, de 279,69 à 553,58 K. Valeurs calculées : 13 173,57 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 279,69 6,54 5 380,2 297,95 24,8 13 055,28 307,08 33,93 19 400,67 316,21 43,06 28 055,7 325,34 52,19 39 587,36 334,47 61,32 54 631,85 343,6 70,45 73 891,57 352,73 79,58 98 131,53 361,86 88,71 128 175,29 370,99 97,84 164 900,96 380,12 106,97 209 237,44 389,25 116,1 262 161,33 398,38 125,23 324 694,54 407,51 134,36 397 902,89 416,64 143,49 482 895,71 T (K) T (°C) P (Pa) 425,76 152,61 580 826,48 434,89 161,74 692 894,67 444,02 170,87 820 348,54 453,15 180 964 489,08 462,28 189,13 1 126 674,95 471,41 198,26 1 308 328,4 480,54 207,39 1 510 942,12 489,67 216,52 1 736 087,02 498,8 225,65 1 985 420,88 507,93 234,78 2 260 697,87 517,06 243,91 2 563 778,89 526,19 253,04 2 896 642,84 535,32 262,17 3 261 398,75 544,45 271,3 3 660 298,76 553,58 280,43 4 095 800
Viscosité dynamique	0,98 mPa·s à 20 °C
Point critique	280,3 °C, 40,7 bar
Vitesse du son	1 280 m·s-1 à 19 °C
Thermochimie
ΔvapH°	3,6×105 J·kg-1
Cp	équation : $C_{P}=(-220600)+(3118.3)\times T+(-9.4216)\times T^{2}+(1.0687E-2)\times T^{3}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 279,69 à 400 K. Valeurs calculées : 154,847 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 279,69 6,54 148 360 1 763 287 13,85 150 944 1 794 291 17,85 152 346 1 810 295 21,85 153 744 1 827 299 25,85 155 144 1 843 303 29,85 156 550 1 860 307 33,85 157 964 1 877 311 37,85 159 392 1 894 315 41,85 160 838 1 911 319 45,85 162 305 1 929 323 49,85 163 798 1 946 327 53,85 165 321 1 964 331 57,85 166 878 1 983 335 61,85 168 473 2 002 339 65,85 170 110 2 021 T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 343 69,85 171 794 2 041 347 73,85 173 528 2 062 351 77,85 175 317 2 083 355 81,85 177 164 2 105 359 85,85 179 074 2 128 363 89,85 181 050 2 151 367 93,85 183 098 2 176 371 97,85 185 220 2 201 375 101,85 187 422 2 227 379 105,85 189 707 2 254 383 109,85 192 080 2 282 387 113,85 194 543 2 312 391 117,85 197 103 2 342 395 121,85 199 762 2 374 400 126,85 203 230 2 415 équation : $C_{P}=(13.783)+(2.0742E-1)\times T+(5.3682E-4)\times T^{2}+(-6.3012E-7)\times T^{3}+(1.8988E-10)\times T^{4}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 100 à 1 500 K. Valeurs calculées : 108,145 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 100 −173,15 39 282 467 193 −80,15 69 545 826 240 −33,15 86 404 1 027 286 12,85 103 544 1 230 333 59,85 121 448 1 443 380 106,85 139 503 1 658 426 152,85 157 103 1 867 473 199,85 174 818 2 077 520 246,85 192 081 2 282 566 292,85 208 389 2 476 613 339,85 224 317 2 665 660 386,85 239 391 2 844 706 432,85 253 229 3 009 753 479,85 266 364 3 165 800 526,85 278 437 3 308 T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 846 572,85 289 202 3 436 893 619,85 299 123 3 554 940 666,85 307 973 3 659 986 712,85 315 638 3 750 1 033 759,85 322 512 3 832 1 080 806,85 328 503 3 903 1 126 852,85 333 616 3 964 1 173 899,85 338 199 4 018 1 220 946,85 342 284 4 067 1 266 992,85 345 967 4 111 1 313 1 039,85 349 601 4 154 1 360 1 086,85 353 321 4 198 1 406 1 132,85 357 274 4 245 1 453 1 179,85 361 890 4 300 1 500 1 226,85 367 371 4 365
PCS	3 919,6 kJ·mol-1
Propriétés optiques
Indice de réfraction	$n_{D}^{20}$ 1,426 62
Précautions
SGH
Danger H225, H304, H315, H336 et H410 H225 : Liquide et vapeurs très inflammables H304 : Peut être mortel en cas d'ingestion et de pénétration dans les voies respiratoires H315 : Provoque une irritation cutanée H336 : Peut provoquer somnolence ou vertiges H410 : Très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme
SIMDUT
B2, D2B, B2 : Liquide inflammable point d'éclair = −18 °C coupelle fermée méthode Setaflash D2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques irritation de la peau chez l'animal Divulgation à 1,0 % selon la liste de divulgation des ingrédients
NFPA 704
3 1 0
Transport
33    1145    Code Kemler : 33 : matière liquide très inflammable (point d'éclair inférieur à 23 °C) Numéro ONU : 1145 : CYCLOHEXANE Classe : 3 Étiquette : 3 : Liquides inflammables Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses ;
Écotoxicologie
DL50	930–1 360 mg·kg-1 (rats, oral)
LogP	3,44
Seuil de l’odorat	bas : 0,52 ppm haut : 784 ppm
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le cyclohexane est un hydrocarbure alicyclique non éthylénique 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 3D, deux conformations peuvent être utilisées : « chaise » et « bateau ».

• 
  Conformation de type chaise
• 
  Conformation de type bateau
• 
  Formule topologique

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. Cependant si le cyclohexane est substitué, par un groupe méthyle par exemple, ce dernier se trouvera en position équatoriale. Cette position est la plus favorable énergétiquement (position d'énergie potentielle la plus basse) car elle minimise les interactions avec les atomes voisins qui peuvent êtres des hydrogènes ou tout autre type d'atome: on appelle ces interactions interactions 1-3 diaxiales. Il existe également d'autres conformations, moins stables : la conformation twist très peu stable, où aucune des liaisons n'est parallèle. La conformation dite twist-boat correspond à une conformation bateau déformée comme dans le twistane, par exemple. La conformation enveloppe, avec 5 atomes de carbone dans le même plan et un dans un plan différent.

Propriétés physico-chimiques

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

Utilisation

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'hexaméthylènediamine ;
• nylon-6 via le caprolactame.

Production et synthèse

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

Toxicité et risques

Toxicité

Du fait de la toxicité du cyclohexane, il existe des valeurs limite d'exposition pour protéger les personnes qui travaillent avec ce composé :

• entre 300 et 375 ppm en France, selon la durée de l'exposition,
• 200 ppm en Allemagne,
• 100 ppm aux États-Unis.

Inflammabilité

Le cyclohexane est très inflammable. Une fuite de cyclohexane dans une usine britannique a provoqué une explosion en 1974, entraînant la mort de 28 personnes travaillant sur le site.

Voir aussi

Articles connexes

• Alcane
• Hexane
• p-menthane

Lien externe

• Fiche toxicologique de l'INRS