사이클로헥세인

3. 성질

사이클로헥세인은 가연성이며, 마취 작용이 있다.^[13] 비교적 반응성이 적지만, 자동 산화를 거쳐 사이클로헥사논과 사이클로헥산올의 혼합물을 생성한다. "KA 오일"이라고 불리는 사이클로헥사논-사이클로헥산올 혼합물은 나일론의 전구체인 아디프산과 카프로락탐의 원료이다. 매년 수백만 킬로그램의 사이클로헥사논과 사이클로헥산올이 생산된다.^[13]

일부 수정액 브랜드의 용매로 사용된다. 사이클로헥세인은 때때로 비극성 유기 용매로 사용되지만, n-헥산이 이 목적으로 더 널리 사용된다. 많은 유기 화합물이 뜨거운 사이클로헥세인에서는 용해도가 좋고 저온에서는 용해도가 낮기 때문에, 재결정 용매로 자주 사용된다.

사이클로헥세인은 또한 -87.1°C에서 편리한 결정-결정 전이 특성 때문에 시차 주사 열량 측정법 (DSC) 기기의 보정에 사용된다.^[14]

사이클로헥세인 증기는 열처리 장비 제조 시 진공 침탄로에서 사용된다. 가연성이며, 마취 작용을 가지므로 취급에 주의가 필요하다.

4. 제법

사이클로헥세인은 납사의 구성 성분 중 하나이며, 정밀 증류 방법을 통해 추출할 수 있다. 증류는 메틸사이클로펜테인의 이성질화와 결합하여 이루어지기도 한다. 이러한 추출 방식은 전체 수요의 일부(15-20%)만을 충족시키기 때문에, 나머지는 합성을 통해 생산된다.^[7]

공업적으로는 벤젠에 니켈 또는 팔라듐 촉매를 사용하여 수소 첨가 반응을 일으켜 사이클로헥세인을 생산한다. 라니 니켈 촉매를 이용한 벤젠의 수소화 반응은 매우 발열 반응이다.^[13] 석유 정제 과정에서 생기는 메틸사이클로펜테인에 촉매를 사용하여 사이클로헥세인을 만들기도 한다.

4. 1. 역사

• 1867년 마르셀랭 베르트는 높은 온도에서 벤젠을 아이오딘화 수소로 환원시켰다.^[10][11]
• 1870년 아돌프 폰 바이어는 이 반응을 반복^[12]하여 동일한 반응 생성물을 "헥사히드로벤젠"이라고 명명했다.
• 1890년 블라디미르 마르코프니코프는 코카서스 석유에서 동일한 화합물을 증류할 수 있다고 믿고 자신의 조제품을 "헥사나프텐"이라고 불렀다.

5. 이용

공업적으로 생산되는 사이클로헥세인은 사이클로헥사논으로 전환되고, ε-카프로락탐, 아디프산, 헥사메틸렌다이아민을 거쳐 6-나일론, 6,6-나일론의 원료로 이용된다.^[13]

사이클로헥세인 자체는 주로 유기 용매 상태로 세정액이나 접착제 등에 사용된다. 방독면의 시험용 기체로 사용되기도 하며,^[16] 시차 주사 열량 측정법 (DSC) 기기의 보정에도 사용된다.^[14] 또한 열처리 장비 제조 시 진공 침탄로에서도 사용되며, 일부 수정액 브랜드의 용매로도 사용된다.

6. 입체화학

6개의 꼭짓점을 가진 링은 완벽한 육각형의 형태를 따르지 않는다. 평면 2차원 육각형의 형태는 C-H 결합이 가려진 형태가 되기 때문에 상당한 변형을 가진다. 따라서 비틀림 변형을 줄이기 위해 사이클로헥세인은 의자형 입체배치로 알려진 3차원 구조를 취하며, 이는 의자 뒤집기로 알려진 과정을 통해 실온에서 빠르게 상호 변환된다.

의자 뒤집기 동안에는 반의자형, 보트형, 비틀림 보트형의 세 가지 다른 중간 형태가 나타난다. 이중 의자형과 비틀림 보트형은 에너지 극소이므로 컨포머이며, 반의자형과 보트형은 전이 상태이며 에너지 극대값을 나타낸다.

새로운 형태는 탄소를 109.5° 각도로 만든다. 수소의 절반은 고리 평면에 있고(''적도 방향''), 나머지 절반은 평면에 수직(''축 방향'')이다. 이 형태는 사이클로헥세인의 가장 안정적인 구조를 가능하게 한다. 사이클로헥세인의 또 다른 형태인 보트형 입체배치가 존재하지만, 이는 약간 더 안정적인 의자형으로 상호 변환된다. 사이클로헥세인이 큰 치환기로 단일 치환되면, 치환기는 약간 더 안정적인 입체배치인 적도 위치에 부착된 상태로 발견될 가능성이 높다.

사이클로헥세인은 모든 고리형 알칸 중에서 가장 낮은 각도 변형과 비틀림 변형을 갖는다. 결과적으로 사이클로헥세인은 총 고리 변형에서 0으로 간주되었다.

6. 1. 고체상

여기서 Z는 단위 세포당 구조 단위의 수이며, 단위 세포 상수 a, b, c는 주어진 온도 T와 압력 P에서 측정되었다.

7. 위험성

피부 등에 장기간 노출되면 피부염 등의 질병을 일으킬 수 있다. 흡입하면 저농도에서는 두통을, 고농도에서는 의식 장애를 일으킨다. 낮은 농도에서는 냄새가 거의 없기 때문에 취급 시 주의가 필요하다. 눈에 접촉 시 심한 자극을 주며 각막혼탁증을 유발한다. 가연성이며, 마취 작용을 가지므로 취급에 주의가 필요하다. 소방법에 정하는 제4류 위험물 제1석유류에 해당한다.

참조

_[1] 서적 Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book) The Royal Society of Chemistry 2014
_[2] 웹사이트 Hexanaphthene http://www.dictionar[...]
_[3] 문서 PGCH 0163
_[4] 문서 Cyclohexane
_[5] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
_[6] 웹사이트 Standard Abbreviations and Acronyms http://pubs.acs.org/[...] The Journal of Organic Chemistry
_[7] 서적 Industrial Organic Chemistry https://books.google[...] John Wiley & Sons 2008-07-11
_[8] 웹사이트 Benzene - Study: Market, Analysis, Trends 2021 - Ceresana http://www.ceresana.[...] 2018-05-04
_[9] 학술지 The Curiously Intertwined Histories of Benzene and Cyclohexane
_[10] 학술지 Nouvelles applications des méthodes de réduction en chimie organique https://books.google[...]
_[11] 학술지 Méthode universelle pour réduire et saturer d'hydrogène les composés organiques https://books.google[...]
_[12] 학술지 Ueber die Reduction aromatischer Kohlenwasserstoffe durch Jodphosphonium https://books.google[...]
_[13] 백과사전 Cyclohexanol and Cyclohexanone Wiley-VCH
_[14] 학술지 Temperature Calibration of Differential Scanning Calorimeters
_[15] 학술지 Neutron Scattering Studies of C6H12 and C6D12 Cyclohexane under High Pressure
_[16] 웹사이트 経済産業省生産動態統計年報　化学工業統計編 https://www.meti.go.[...]
_[17] 웹사이트 C0469 法規情報 https://www.tcichemi[...] 東京化成工業株式会社
_[18] 서적 Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book) The Royal Society of Chemistry 2014
_[19] 웹사이트 Hexanaphthene http://www.dictionar[...]
_[20] 문서 PGCH 0163
_[21] 문서 Cyclohexane