Tetraedran - Tetrahedrane
|
|
| Nazwy | |
|---|---|
|
Preferowana nazwa IUPAC
Tricyklo[1.1.0.0 2,4 ]butan |
|
| Identyfikatory | |
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| 2035811 | |
| CZEBI | |
| ChemSpider | |
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| C 4 H 4 | |
| Masa cząsteczkowa | 52,076 g·mol -1 |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
|
 zweryfikuj ( co to jest ?)
  |
|
| Referencje do infoboksu | |
Tetraedran to hipotetyczny węglowodór platoniczny o wzorze chemicznym C 4 H 4 i strukturze czworościennej . Cząsteczka podlegałaby znacznemu odkształceniu kątowemu i nie została zsyntetyzowana do 2021 r. Jednakże przygotowano szereg pochodnych. W bardziej ogólnym znaczeniu termin czworościany jest używany do opisania klasy cząsteczek i jonów o podobnej strukturze, np . fosforu białego .
Tetraściany organiczne
W 1978 roku Günther Maier przygotował tetra - tert - butylotetraedran. Te masywne podstawniki otaczają rdzeń czworościanu. Maier zasugerował, że wiązania w rdzeniu są zabezpieczone przed zerwaniem, ponieważ zmusiłoby to podstawniki bliżej siebie ( efekt gorsetu ), powodując odkształcenie Van der Waalsa . Tetraedran jest jednym z możliwych węglowodorów platonicznych i ma nazwę IUPAC tricyklo[1.1.0.0 2,4 ]butan.
Niepodstawiony tetrahedrane (C 4 H 4 ) pozostaje nieuchwytne, chociaż przewiduje się trwałe kinetycznie. Jedną ze strategii, która została zbadana (ale jak dotąd nieudana) jest reakcja propenu z węglem atomowym . Zamknięcie czworościanu wewnątrz fulerenu było próbą jedynie in silico . Ze względu na naprężenie wiązania i stechiometrię tetranitrotetraedran ma potencjał jako wysokowydajny materiał energetyczny (wybuchowy). Niektóre właściwości zostały obliczone na podstawie metod chemii kwantowej.
Tetra- tert- butylotetraedran
Związek ten po raz pierwszy zsyntetyzowano zaczynając od cykloaddycji z a alkinu z t-Bu podstawionego bezwodnika maleinowego , a następnie przegrupowanie dwutlenkiem węgla wydalenia do cyclopentadienone i jego bromowanie , a następnie przez dodanie czwartego t-Bu. Cel stanowi fotochemiczna cheletropowa eliminacja tlenku węgla z cyklopentadienonu. Ogrzewanie tetra- tert -butyltetrahedrane daje tetra -tert -butylo cyklobutadien . Chociaż synteza wydaje się krótka i prosta, według własnego uznania Maier, zajęło kilka lat uważnej obserwacji i optymalizacji, aby stworzyć właściwe warunki dla zajścia trudnych reakcji. Na przykład, syntezę związków tetrakis ( t- butylo) cyclopentadienone z tri ( t -butylo) bromocyclopentadienone (sam syntetyzowany z wielkim trudem) podawanych w ciągu 50 prób przed warunkami pracy mogą występować. Synteza została opisana jako wymagająca „zdumiewającej wytrwałości i umiejętności eksperymentalnych” w jednej retrospektywie pracy. W klasycznej pracy referencyjnej dotyczącej stereochemii autorzy zauważają, że „pokazany stosunkowo prosty schemat […] kryje w sobie zarówno ograniczoną dostępność materiału wyjściowego, jak i ogromną ilość pracy wymaganej do ustalenia właściwych warunków dla każdego etapu”.
Ostatecznie wymyślono bardziej skalowalną syntezę, w której ostatnim etapem była fotoliza diazometanu podstawionego cyklopropenylem, który dostarcza pożądany produkt za pośrednictwem tetra( tert -butylo)cyklobutadienu: w tym podejściu wykorzystano obserwację, że tetraedran i cyklobutadien mogą być wzajemnie przekształcane (promieniowanie UV w kierunku do przodu, ciepło w kierunku odwrotnym).
Tetra(trimetylosililo)tetraedran
Tetra(trimetylosililo)tetraedran można wytworzyć działając na prekursor cyklobutadienu tris(pentafluorofenylo)boranem . Tetra(trimetylosililo)tetraedran jest znacznie bardziej stabilny niż analog tert -butylu. Wiązanie krzem-węgiel jest dłuższe niż wiązanie węgiel-węgiel, dlatego efekt gorsetu jest zmniejszony. Podczas gdy tetraedran tert -butylu topi się w temperaturze 135 °C wraz z przegrupowaniem do cyklobutadienu, tetra(trimetylosililo)tetraedran, który topi się w temperaturze 202°C, jest stabilny do 300°C, w którym to momencie pęka do bis(trimetylosililo)acetylenu .
Szkielet czworościanu zbudowany jest z wiązań bananowych , a zatem atomy węgla mają wysoki charakter orbitalny s . Z NMR można wywnioskować hybrydyzację sp , zwykle zarezerwowaną dla wiązań potrójnych . W konsekwencji długości wiązania są niezwykle krótkie i wynoszą 152 pikometry .
Reakcja z metylolitem z tetra(trimetylosililo)tetraedranem daje tetraedranylolit. Reakcje sprzęgania z tym związkiem litu dają rozszerzone struktury.
Zgłoszono również bis(tetraedran). Wiązanie łączące jest jeszcze krótsze z 143,6 pm. Zwykłe wiązanie węgiel-węgiel ma długość 154 µm.
Tetraedry z rdzeniami niewęglowymi
W tetrasilatetraedran zawiera rdzeń z czterech atomów krzemu . Standardowe wiązanie krzem-krzem jest znacznie dłuższe (235 μm), a klatka jest ponownie otoczona łącznie 16 grupami trimetylosililowymi , które zapewniają stabilność. Silatetrahedrane może zostać zmniejszona z grafitu potasu do pochodnej tetrasilatetrahedranide potasu. W związku tym jeden z atomów krzemu w klatce stracił podstawnik sililowy i przenosi ładunek ujemny. Kation potasu może być sekwestrowany przez eter koronowy , a w powstałym kompleksie potas i anion sililowy są oddzielone odległością 885 pm. Jedno z wiązań Si − –Si ma teraz 272 pm, a jego atom krzemu ma odwróconą geometrię czworościenną . Ponadto cztery atomy krzemu w klatce są równoważne w skali czasowej NMR z powodu migracji podstawników sililowych w klatce.
Reakcja dimeryzacji obserwowana dla związku tetraedranu węgla jest również podjęta dla tetrasilatetrahedranu. W tym tetraedrze klatka jest chroniona przez cztery tak zwane grupy supersililowe, w których atom krzemu ma 3 podstawniki tert -butylowe . Dimer nie materializuje się, ale reakcja z jodem w benzenie, a następnie reakcja z tri- tert- butylosilanionem prowadzi do powstania ośmioczłonowego związku klasterowego krzemu , który można opisać jako wiosełko Si 2 (długość 229 pm i z inwersją geometrii czworościennej) umieszczony pomiędzy dwoma prawie równoległymi pierścieniami Si 3 .
W ośmioczłonowych klastrach tej samej grupy węglowej , cyny Sn 8 R 6 i germanu Ge 8 R 6 atomy klastra znajdują się na rogach sześcianu.
Czworościany nieorganiczne i metaloorganiczne
Motyw czworościanu występuje szeroko w chemii. Przykładami są biały fosfor (P 4 ) i żółty arsen (As 4 ). Kilka klastrów karbonylków metali jest określanych jako tetraedrany, np. dodekakarbonyl tetrarodu .
Istnieją również metalatetraedry z pojedynczym metalem (lub atomem fosforu) zamykającym trianion cyklopropylu.
Zobacz też
- Kubański
- Cyklobutadien (izomer czworościanu)
- Dodekaedran
- Prismane
- Pryzmat C 8