Cyclohexane

Modèle:Infobox Chimie ses incompréhensible conare 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 ».

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  Conformation de type chaise
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  Conformation de type bateau
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  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.

Voir aussi

Articles connexes

• Alcane
• Hexane
• p-menthane

Lien externe

• Fiche toxicologique de l'INRS