Ciclobutano
| Ciclobutano | |
|---|---|
 | |
 | |
 | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula brutaomolecolare | C4H8 |
| Massa molecolare(u) | 56,11 g/mol |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 206-014-5 |
| PubChem | 9250 |
| SMILES | C1CCC1 |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Temperatura di fusione | −90 °C (183,0 K) |
| Temperatura di ebollizione | 10 °C (circa 284 K) |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Simboli di rischio chimico | |
 
| |
| pericolo | |
| Frasi H | 220-280 |
| Consigli P | ---[1] |
Ilciclobutanoè unidrocarburociclicosaturo di formula bruta C4H8e formula molecolare (CH2)4e per questo veniva anche detto tetrametilene.[2][3]È un gas dall'odore idrocarburico lieve, facilmente liquefacibile per sola compressione, incolore ed estremamente infiammabile; allo stato liquido (Teb.= 12,5 °C) è solubile in solventi idrocarburici (etere di petrolio,cicloesano,benzene), inetere,acetone,alcoole in tutti i più comunisolventi organici.[4]
Struttura
[modifica|modifica wikitesto]La struttura che permetterebbe allo scheletro di atomi di carbonio di minimizzare latensione angolaresarebbe quella planare quadrata, e già questo comporta un allontanamento notevole dall'angolo ideale per l'ibridazionesp3degli atomi dicarbonio(90° contro 109,5°). Questa è infatti la struttura di base per il ciclobutano. Come però accade per tutti icicloalcani,escluso ovviamente ilciclopropano,il suo anello devia dalla planarità[5](aumentando però in tal modo la tensione angolare) per permettere di alleviare un po' latensione torsionale(o di eclissamento) dovuta agli otto idrogeni dei quattro metileni (CH2): nella conformazione planare questi risulterebbero esattamente eclissati.[6]Ciò si ottiene con un sensibile piegamento dell'anello quadrato intorno alle sue diagonali (l'una o l'altra, in successione). In tal modo però la molecola non è statica, ma fluttua: ogni carbonio a turno si allontana (alternativamente in sopra o in sotto) dal piano del resto dell'anello di circa 25°. Per questo a volte tale conformazione fluttuante del ciclobutano è detta "a farfalla". La destabilizzazione complessiva del ciclobutano a causa della tensione d'anello[7]è riportata essere di 26,5 kcal/mol, appena inferiore a quella del ciclopropano (27,5 kcal/mol).[8]Con un'indagine di diffrazione elettronica[9]in fase gassosa è stato possibile determinare le lunghezze di legame C-C, (156 ± 2) pm, C-H, (109 ± 4) pm e l'angolo ∠HCH, (114 ± 4)°.[10]
Tensione e reattività
[modifica|modifica wikitesto]Per la particolarità di essere un idrocarburo in tensione, il ciclobutano subisce alcune reazioni che non sono possibili con alcani o con cicloalcani a partire dalciclopentano.Infatti, pur non essendo un idrocarburoinsaturopuò essereidrogenato cataliticamente,sebbene a pressioni molto maggiori che per unalchenee comunque maggiori che per il ciclopropano:[11]
- (CH2)4+ H2/Ni → CH3-CH2-CH2-CH3
Questo è essenzialmente reso possibile dalla destabilizzazione della molecola dovuta alla tensione d'anello (angolare + torsionale), destabilizzazione che favorisce le reazioni di apertura delciclo(meno però che nel ciclopropano). Mentre la reazione di idrogenazione vista sopra procede bene a 120 °C per il ciclopropano, per il ciclobutano occorre portarsi a 200 °C.[12]Analogamente, può subire addizione di acidi alogenidrici dando 1-alogenobutani; conbromuro di idrogeno,ad esempio, si ha:
- (CH2)4+ HBr → CH3-CH2-CH2-CH2-Br
Ad alta temperatura (≥ 420 °C) si decompone (pirolisi), conlegge cineticamonomolecolare, scindendosi in due molecole dietilene.[13]
Queste reazioni non sono replicabili sul suo omologo superiore ciclopentano (e cicloalcani superiori) che, pur essendo anch'esso affetto da una certa tensione d'anello, questa risulta essere decisamente minore.
Presenza in natura e disponibilità
[modifica|modifica wikitesto]L'anello tetraatomico del ciclobutano è raro in natura, ma è presente in alcune molecole naturalibiciclichecome l'α- e il β-pinenee ilβ-cariofillene,entrambi componenti di alcuniolii essenziali;si trova anche nel grandisol,[14]che è unferomone;tutti e tre sono deiterpeni.
Il ciclobutano è disponibile commercialmente in bombole come gas liquefatto.
Note
[modifica|modifica wikitesto]- ^Scheda del composto suIFA-GESTISArchiviatoil 16 ottobre 2019 inInternet Archive.consultata il 05.09.2013
- ^J.B. Hendrickson, D.J. Cram e G.S. Hammond,CHIMICA ORGANICA,traduzione di A. Fava, 2ª ed., Piccin, 1973, p. 187.
- ^I. L. Finar,ORGANIC CHEMISTRY The fundamental principles,Fourth Edition, Longmans, 1963, p. 467.
- ^(EN) PubChem,Cyclobutane,supubchem.ncbi.nlm.nih.gov.URL consultato il 1º gennaio 2022.
- ^Michael B. Smith e Jerry March,MARCH’S ADVANCED ORGANIC CHEMISTRY,6ª ed., Wiley-Interscience, 2007, p.211,ISBN0-471-72091-7.
- ^(EN) Clayden, J., Greeves, N., Warren, S. e Wothers, P.,Organi Chemistry,Oxford University Press, 2001, p.455,ISBN0-19-850346-6.
- ^La tensione d'anello è la somma delle tensioni angolare e torsionale (ed altre per cicli di 7 termini e oltre).
- ^F. A. Carey e R. J. Sundberg,Advanced Organic Chemistry Part A: Structure and Mechanisms,Fifth Edition, Springer Science+Business Media, LLC, 2007, p.88,ISBN978-0-387-68346-1.
- ^diffrazione di elettroni in "Enciclopedia della Scienza e della Tecnica",sutreccani.it.URL consultato il 18 aprile 2022.
- ^J.D. Dunitz e V. Schomaker,The Molecular Structure of Cyclobutane,inThe Journal of Chemical Physics,vol. 20, n. 11, 1952, p. 1703.
- ^(EN)Hydrogenation of Small Alicyclic Rings,Springer US, 2005, pp. 473–500,DOI:10.1007/0-387-26111-7_11,ISBN978-0-387-24141-8.URL consultato il 17 giugno 2023.
- ^R. Fusco, G. Bianchetti e V. Rosnati,CHIMICA ORGANICA,volume secondo, L. G. Guadagni, 1975, p. 4.
- ^(EN) Peter C. Beadle, David M. Golden e Keith D. King,Pyrolysis of cyclobutane,inJournal of the American Chemical Society,vol. 94, n. 9, 1972-05, pp. 2943–2947,DOI:10.1021/ja00764a008.URL consultato il 17 giugno 2023.
- ^(EN) Young-Shin Kwak e Byeong-Seon Jeong,Synthesis of grandisol, the sexual attracting insect pheromone,inArchives of Pharmacal Research,vol. 34, n. 9, 2011-09, pp. 1399–1402,DOI:10.1007/s12272-011-0900-y.URL consultato il 1º gennaio 2022.
Voci correlate
[modifica|modifica wikitesto]Altri progetti
[modifica|modifica wikitesto]
Wikizionariocontiene il lemma di dizionario «ciclobutano»
Wikimedia Commonscontiene immagini o altri file suciclobutano
Collegamenti esterni
[modifica|modifica wikitesto]- (EN)cyclobutane,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controllo di autorità | LCCN(EN)sh2004007295·GND(DE)4148501-4·BNF(FR)cb14636863x(data)·J9U(EN,HE)987007563920305171 |
|---|
