Tetraedrano

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Tetraedrano
Modello del tetraedrano
Nome IUPAC
Triciclo[1.1.0.02,4]butano
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC4H4
Aspettoliquido
Numero CAS157-39-1
PubChem9548696
SMILES
C12C3C1C23
Indicazioni di sicurezza

Il tetraedrano è il nome comune dell'idrocarburo con formula C4H4. Il nome deriva dal fatto che la molecola ha la forma di un tetraedro, uno dei solidi platonici, e quindi il tetraedrano è classificato come idrocarburo platonico. Gli angoli di legame tra gli atomi di carbonio sono di 60°, notevolmente minori dell'angolo ideale (109,5°) richiesto per una ibridizzazione sp3. La struttura tetraedrica C4 è di conseguenza fortemente tensionata, giustificando il fatto che la molecola C4H4 non esista in natura. In laboratorio la molecola C4H4 non è stata sinora (2019) sintetizzata, ma calcoli teorici hanno indicato che questa specie sia isolabile.[1] Da un punto di vista teorico si è esplorata la possibilità di sintetizzare C4H4 tramite reazione tra ciclopropene e carbonio atomico,[1] o di stabilizzare il C4H4 all'interno di una molecola di fullerene C60.[2] Nonostante tutti i tentativi di sintesi del C4H4 siano sinora falliti, sono stati invece ottenuti vari derivati del tetraedrano.

Per estensione, il nome tetraedrani si applica anche a tutte le molecole basate sulla struttura del tetraedro, come ad esempio il fosforo bianco.

Tetraedrani organici[modifica | modifica wikitesto]

Tetra-terz-butiltetraedrano[modifica | modifica wikitesto]

Nel 1978 Günther Maier ottenne un derivato stabile del tetraedrano sostituendo gli atomi di idrogeno con quattro gruppi terz-butile.[3] Questi sostituenti sono molto voluminosi e ricoprono completamente il nucleo tetraedrico C4. Maier suggerì che in questo derivato i legami tra gli atomi di carbonio non riescono a rompersi perché ciò forzerebbe i sostituenti uno contro l'altro causando una repulsione di Van der Waals. Il derivato terz-butilato fu preparato a partire da una cicloaddizione di un alchino con l'anidride maleica terz-butilata,[4] cui segue un riarrangiamento con espulsione del diossido di carbonio per arrivare a un ciclopentadienone. Questo viene bromurato e viene aggiunto un quarto gruppo terz-butile. Successivamente due reazioni fotochimiche di riarrangiamento e di espulsione di CO portano al tetra-terz-butiltetraedrano. Per riscaldamento a 130 ºC il tetra-terz-butiltetraedrano isomerizza a tetra-terz-butilciclobutadiene.

Sintesi del tetra-terz-butiltetraedrano (1978)

Tetra(trimetilsilil)tetraedrani[modifica | modifica wikitesto]

Il tetra(trimetilsilil)tetraedrano è relativamente stabile

Nel tetra(trimetilsilil)tetraedrano (I) i quattro idrogeni di C4H4 sono sostituiti da gruppi trimetilsilile.[5] Questo composto è preparato a partire dal bis(trimetilsilil)acetilene, passando dal corrispondente ciclobutadiene, ed è molto più stabile dell'analogo terz-butilato. Mentre il tetra-terz-butiltetraedrano fonde a 135 ºC e si decompone formando il ciclobutadiene, il tetra(trimetilsilil)tetraedrano fonde a 202 ºC ed è stabile fino a 300 ºC, quando si ritrasforma nel composto acetilenico di partenza. In seguito è stato descritto anche il dimero II; il legame che unisce i due tetraedri C4 è lungo 143,6 pm, notevolmente più corto di un normale legame carbonio-carbonio (152 pm).[6] Una sintesi più semplice del tetra(trimetilsilil)tetraedrano tramite l'ossidazione monoelettronica del precursore ciclobutadienico con tris(pentafluorofenil)borano permette di ottenere grammi di tetra(trimetilsilil)tetraedrano.[7] Sono stati ottenuti anche derivati del tetra(trimetilsilil)tetraedrano, sostituendo uno dei gruppi trimetilsilile con un atomo di litio[8] o altri gruppi organici.[9][10][11]

Sintesi del tetra(trimetilsilil)tetraedrano e del suo dimero

Tetrasilatetraedrani[modifica | modifica wikitesto]

Nei tetrasilatetraedrani i quatto atomi di carbonio del tetraedro C4 sono sostituiti con atomi di silicio. Il primo composto basato su un tetraedro Si4 è stato il tetrakis(tri‐terz‐butilsilil)‐tetrasilatetraedrano, (tBu3Si)4Si4, ottenuto da Nils Wiberg nel 1993.[12] Il composto fonde a 350 ºC e le distanze Si–Si nel tetraedro Si4 sono 235 pm, rendendo la gabbia Si4 molto più grande della gabbia C4.[13] La gabbia Si4 può essere ridotta formando composti tipo K+[(RSi)3Si4]. Formalmente uno degli atomi di silicio ha perso il sostituente e porta la carica negativa, ma nella scala dei tempi della RMN i quattro atomi di silicio sono equivalenti, indicando che i tre sostituenti migrano rapidamente attorno alla gabbia.[14]

Schema di sintesi di un tetrasilatetraedrano e relativo anione

Tetraedrani inorganici e organometallici[modifica | modifica wikitesto]

I cluster metallici con nuclei tetraedrici sono a volte chiamati tetraedrani

Il tetraedro è uno schema ricorrente in chimica. Esempi inorganici sono il fosforo bianco (P4) e l'arsenico giallo (As4).[15] Vari cluster metallocarbonilici contengono nuclei tetraedrici e sono a volte chiamati tetraedrani.[16][17] Un esempio è il dodecacarboniltetrarodio; altri esempi sono in figura.

Note[modifica | modifica wikitesto]

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

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