Fenantrene

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Fenantrene
Struttura del fenantrene
Struttura 3D del fenantrene
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC14H10
Massa molecolare (u)178,23
Aspettosolido bianco con fluorescenza blu
Numero CAS85-01-8
Numero EINECS201-581-5
PubChem995
DrugBankDB08381
SMILES
C1=CC=C2C(=C1)C=CC3=CC=CC=C32
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)1,063
Solubilità in acquainsolubile
Temperatura di fusione97-101 °C (370,15-374,15 K)
Temperatura di ebollizione336 °C (609,15 K)
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
irritante pericoloso per l'ambiente
attenzione
Frasi H302 - 410
Consigli P262 - 272 [1]

Il fenantrene è un idrocarburo triciclico aromatico risultante dalla fusione di tre anelli benzenici (C14H10) in maniera obliqua, con cinque possibili strutture di risonanza.[2] È un isomero dell'antracene, anche questo derivante dalla fusione di tre anelli benzenici, ma in maniera lineare, e con quattro strutture di risonanza.[2] Come si sarebbe potuto già presagire da tale differenza, l'energia di stabilizzazione aromatica del fenantrene (387 kJ/mol ) risulta maggiore di quella dell'antracene (351,5 kJ/mol)[3], con una differenza di circa il 10%. In natura forma il raro minerale ravatite[4]. Il fenantrene è un residuo della combustione di diverse sostanze organiche ed è presente anche nel fumo di sigaretta. Il catrame di carbon fossile è la sua fonte principale, dove si trova insieme all'antracene e altri idrocarburi policiclici aromatici (IPA), oltre ad altri aromatici in genere ed eterociclici aromatici e loro derivati. Dal fenantrene deriva la fenantrolina per sostituzione (formale) del C-4 e del C-5 con atomi di azoto, la quale è una notevole base aromatica, un complessante chelante e un indicatore redox.[5] Dalla struttura triciclica del fenantrene, saturata, e con un'ulteriore fusione di un ciclopentano deriva lo sterano, ossia il ciclopentanoperidrofenantrene, l'ossatura della vasta e importante famiglia degli steroidi.

Etimologia[modifica | modifica wikitesto]

Anche il nome deriva da fusioni e può essere spezzato in: fen(e)- antr(ac) -ene[6]. Il termine fene (phene) viene dal greco phàino (φαίνω), appaio, illumino[7], ed era un termine usato per indicare genericamente composti aromatici, perché questi sono presenti nell'olio di catrame, e questo olio era usato per illuminazione e come tale veniva chiamato, appunto, olio illuminante. I chimici del XIX secolo usavano primariamente il termine (o a volte l'affisso) 'fene' per i derivati benzenici[8][9], e per il benzene stesso da A. Laurent (poi prevalse il termine benzene, usato da V. Meyer) [10][11] da cui fen(e)-ile, fen(e)-olo[7] e fen(e)-ossido (o fen-ato) e, più recentemente, ione fen(e)-ilio[12] e ione fen(e)-onio[13]. È stato poi esteso ad altri componenti chimicamente semplici ricavati dall'olio del catrame, come ad es. in tio-fene (poi anche seleno-fene, telluro-fene), dove tio- sta per zolfo, dal greco thèion (θεῖον). Questo non del tutto casualmente, perché il tiofene agli inizi veniva talvolta confuso con il benzene (= fene) per avere un punto d'ebollizione quasi uguale e quindi non facilmente separabile, e per avere reattività simile.

Antrac(s) viene dal greco anthrax (ἄνθραξ), carbone, perché questi aromatici sono presenti nel catrame di carbon fossile, e -ene è il suffisso generico dato agli idrocarburi insaturi e aromatici (Areni).

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

Si presenta come polvere bianca cristallina (cristalli monoclini) dal tenue odore aromatico, ma in campioni commerciali può presentarsi giallognola[14]; fonde a 99-101 °C. La molecola, pur con la possibile mutua interazione degli idrogeni nelle posizioni 4 e 5 (la loro distanza è prevista inferiore al doppio dei raggi di van der Waals), appare essere virtualmente planare (simmetria C2v).[15] Pur essendo una molecola idrocarburica, presenta un momento dipolare, sebbene piccolo (μ = 0,55 D).[16]

Il fenantrene è praticamente insolubile in acqua, mentre è solubile in solventi apolari o poco polari, quali benzene, toluene, solfuro di carbonio, tetracloruro di carbonio, cloroformio, etere, acido acetico glaciale, ma anche in alcool assoluto[17]. Le sue soluzioni mostrano intensa fluorescenza azzurra.[18]

Reattività[modifica | modifica wikitesto]

In 4 delle 5 forme di risonanza del fenantrene c'è un doppio legame tra le posizioni 9 e 10. Per altri versi, la struttura del fenantrene può essere vista come un bifenile con un ponte vinilene (-CH=CH-) inserito tra le posizioni 2 e 2' al posto dei due H. Questo fa sì che il fenantrene, nonostante sia aromatico, possa subire reazioni di addizione tipiche degli alcheni (addizioni elettrofile) e queste sono spesso favorite sulle sostituzioni elettrofile, tipiche degli idrocarburi aromatici. In effetti, la bromurazione in etere (o anche in CS2) a freddo dà il derivato di addizione, il 9,10-dibromo-9,10-diidrofenantrene, che però elimina per riscaldamento una molecola di HBr per dare il prodotto di sostituzione, il 9-bromofenantrene; similmente accade per l'antracene[19].

Più in generale, il comportamento chimico è comunque caratterizzato dalla particolare reattività nelle posizioni 9 e 10, che qui sono reciprocamente in orto (1,2); parallelamente, nell'antracene le posizioni più reattive sono ancora le 9 e 10, ma lì si trovano reciprocamente in para (1,4). L'ossidazione con anidride cromica, o anche Na2CrO4, in acido acetico porta a un o-chinone in quelle posizioni, il fenantrenchinone,[20][21] preservando così i due anelli aromatici terminali, e così pure accade per l'antracene, il quale dà l'antrachinone, un p-chinone[22]. Analoga situazione per riduzione con litio metallico, seguita da idrolisi, che porta a 9,10-diidrofenantrene; allo stesso prodotto si può giungere per idrogenazione catalitica su nichel Raney.[23] Come un alchene, reagisce con l'ozono dando il corrispondente ozonuro, sempre in 9 e10 il quale, che per idrolisi riduttiva, porta alla corrispondente dicarbossaldeide del bifenile[24]. La nitrazione con acido nitrico in anidride acetica a freddo porta a una miscela di prodotti tra cui il 9-nitrofenatrene (20%)[25]. La solfonazione con acido solforico dà una miscela di acidi 2- e 3- fenantrensolfonici[26].

Usi[modifica | modifica wikitesto]

Il fenantrene è usato nella sintesi di alcuni farmaci.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ scheda del fenantrene su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.
  2. ^ a b R. O. C. Norman, CHIMICA ORGANICA Principi ed Applicazioni alla Sintesi, traduzione di Paolo Da Re, Piccin Editore, Padova, 1973, pp. 56-7.
  3. ^ Hauptmann, Graefe, Remane: Lehrbuch der Organischen Chemie. 2. Auflage, Deutscher Verlag der Grundstoffindustrie, Leipzig 1980, S. 268.
  4. ^ Ravatite Mineral Data
  5. ^ D. C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, 4th edition, W. H. Freeman, NY. ISBN 0-7167-2508-8.
  6. ^ fenantrene: definizioni, etimologia e citazioni nel Vocabolario Treccani, su www.treccani.it. URL consultato il 31 agosto 2020.
  7. ^ a b Etimologia : fenile;, su etimo.it. URL consultato il 24 luglio 2020.
  8. ^ ALCUNI AFFISSI NEL LINGUAGGIO SCIENTIFICO -TECNICO ETIMOLOGIA DI ALCUNI TERMINI SCIENTIFICO -TECNICI (PDF), su apertisverbis.it.
  9. ^ Da notare che gli idrocarburi aromatici, dato l'elevato grado di insaturazione, bruciano con fiamma molto luminosa in confronto a quelli alifatici.
  10. ^ Didier Astruc, Ed., Arene Chemistry : From Historical Notes to the State of the Art, in Modern Arene Chemistry, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2002, pp. 4-5, ISBN : 3-527-30489-4.
  11. ^ (EN) Brian Clegg2014-09-03T00:00:00+01:00, Phenol, su Chemistry World. URL consultato il 22 ottobre 2020.
  12. ^ (EN) Maurizio Speranza, Michael D. Sefcik e Jay M. S. Henis, Phenylium (C6H5+) ion-molecule reactions studied by ion cyclotron resonance spectroscopy, in Journal of the American Chemical Society, vol. 99, n. 17, 1977-08, pp. 5583–5589, DOI:10.1021/ja00459a008. URL consultato il 22 ottobre 2020.
  13. ^ F. A. CAREY e R. J. SUNDBERG, Advanced Organic Chemistry, 5ª ed., Springer Science+Business Media, LLC, 2007, p. 423, ISBN 978-0-387-68346-1.
  14. ^ (EN) PubChem, Phenanthrene, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 24 luglio 2020.
  15. ^ J. Trotter, The crystal and molecular structure of phenanthrene, in Acta Crystallographica, vol. 16, n. 7, 1º luglio 1963, pp. 605–608, DOI:10.1107/S0365110X63001626. URL consultato il 22 agosto 2021.
  16. ^ phenanthrene, su www.stenutz.eu. URL consultato il 22 agosto 2021.
  17. ^ (EN) PubChem, Phenanthrene, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 24 luglio 2020.
  18. ^ (EN) PubChem, Phenanthrene, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 22 agosto 2021.
  19. ^ G. Hilgetag e A. Martini, Preparative Organic Chemistry, Fourth Edirion, JOHN WILEY & SONS, 1972, ISBN 0-471-93749-5.
  20. ^ (EN) Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim, Wiley-VCH, DOI:10.1002/14356007.a13_227.
  21. ^ PHENANTHRENEQUINONE, in Organic Syntheses, vol. 34, 1954, pp. 76, DOI:10.15227/orgsyn.034.0076. URL consultato il 22 agosto 2021.
  22. ^ Organic Syntheses, Coll. Vol. 4, p.757 (1963); Vol. 34, p.76 (1954) Link
  23. ^ Organic Syntheses, Coll. Vol. 4, p.313 (1963); Vol. 34, p.31 (1954) Link.
  24. ^ I. L. Finar, ORGANIC CHEMISTRY The fundamental principles, Fourth Edition, Longmans, 1963, p. 738.
  25. ^ (DE) D. M. D. Lane, K. E. Richards e G. J. Wright, ChemInform Abstract: NITRATION OF PHENANTHRENE IN ACETIC ANHYDRIDE, in Chemischer Informationsdienst, vol. 10, n. 13, 27 marzo 1979, DOI:10.1002/chin.197913167. URL consultato il 30 luglio 2020.
  26. ^ Organic Syntheses, Coll. Vol. 2, p.482 (1943); Vol. 16, p.63 (1936) Link.

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