Kuban

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy chemii. Zobacz też: łapówka.
Kuban
Kuban Kuban
Kuban
Nazewnictwo
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny C8H8
Masa molowa 104,15 g/mol
Wygląd krystaliczne ciało stałe
Identyfikacja
Numer CAS 277-10-01
PubChem 136090[3]
Podobne związki
Pochodne nitrowe oktanitrokuban
Podobne związki dodekaedran, adamantan
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Kuban (C8H8) – syntetyczny węglowodór nasycony, w którym atomy węgla są ułożone w narożach sześcianu, a do każdego atomu węgla jest przyłączony jeden atom wodoru. Jest jednym z węglowodorów platońskich. Jest krystaliczną substancją. Zanim został wytworzony, naukowcy uważali, że sześcienne cząstki mogą istnieć tylko w teorii. Sądzili że kuban nie był możliwy do zsyntetyzowania, ponieważ wiązania pod kątem 90 stopni są wtedy niezwykle silnie naprężone, co może powodować niestabilność cząsteczki. Wbrew temu raz zsyntetyzowana cząsteczka kubanu jest stabilna.

Kuban i jego związki mają wiele ciekawych i ważnych właściwości. Kąt prosty pomiędzy wiązaniami powoduje ich silne naprężenie, co skutkuje dużą ilością energii zgromadzoną w tych wiązaniach. Możliwe że będzie można produkować wysokoenergetyczne paliwa i materiały wybuchowe o dużej gęstości na bazie kubanu. Kuban posiada także największą wśród węglowodorów gęstość, co umożliwia gromadzenie w nim większych ilości energii. Naukowcy rozważają możliwość zastosowania kubanu i innych sześciennych cząstek w medycynie i nanotechnologii.

Synteza[edytuj | edytuj kod]

Po raz pierwszy kuban został zsyntetyzowany przez Philipa Eatona, profesora chemii w Uniwersytecie Chicago w 1964[4] roku. Oryginalną syntezę rozpoczyna się od 2-cyklopentenonu[5][6].

CubaneSynthesisPrecursor.png

Reakcja cyklopent-2-enonu (rys. 1) z NBS w tetrachlorku węgla powoduje podstawienie bromu w pozycji allilowej (rys. 2). Dalsze bromowanie przy użyciu bromu w mieszance pentanu z chlorometanem prowadzi do pochodnej tribromowej (rys. 3). Następnie poprzez eliminację dwóch równoważników bromowodoru przy użyciu dietyloaminy w środowisku eteru dietylowego prowadzi do uzyskania 2-bromocyklopenta-2,4-dien-1-onu (rys. 4).

CubaneSynthesis.png

Spontaniczna reakcja Dielsa-Aldera przebiega analogicznie do dimeryzacji cyklopentadienu (rys. 2). Aby synteza przebiegła pomyślnie musi powstać jedynie izomer endo. Dzieje się tak, gdyż atomy bromu ustawiają się w przestrzeni możliwie najdalej od siebie i grupy karbonylowej[7]. Obie grupy karbonylowe zabezpiecza się przeprowadzając je w acetale poprzez reakcję z glikolem etylenowym i kwasem p-toluenosulfonowym w benzenie, następnie jeden z acetali jest selektywnie odbezpieczany przy użyciu wodnego roztworu kwasu solnego (rys. 3).

Na kolejnym etapie poprzez fotochemiczną reakcję cykloaddycji uzyskuje się strukturę w kształcie klatki (rys. 4). Kolejną "krawędź" uzyskuje się z grupy bromoketonowej wskutek przegrupowania Favorskiego w środowisku wodorotlenku potasu (rys. 5). Następnie przeprowadza się dwuetapową reakcję dekarboksylacji (rys. 7) (przez pochodną nadtleno-tert-butylową (rys. 6)).

Drugi acetal zostaje odbezpieczony (rys. 8) i ponowne przegrupowanie Faworskiego prowadzi do karboksylowej pochodnej kubanu (rys. 9). Ponowna dwuetapowa dekarboksylacja prowadzi do finalnego produktu (rys. 11).

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 Witold Mizerski: Tablice chemiczne. Warszawa: Wydawnictwo Adamantan, 2008, s. 206. ISBN 978-83-7350-105-8.
  2. IUPAC: a 2004 IUPAC guide (ang.). [dostęp 9 września 2009].
  3. Kuban – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  4. Witold Mizerski: Tablice chemiczne. Warszawa: Wydawnictwo Adamantan, 2008, s. 252. ISBN 978-83-7350-105-8.
  5. The Cubane System Philip E. Eaton and Thomas W. Cole J. Am. Chem. Soc.; 1964; 86(5) pp 962 – 964;
  6. Cubane Philip E. Eaton and Thomas W. Cole J. Am. Chem. Soc.; 1964; 86(15) pp 3157 – 3158; Szablon:DOI.
  7. John McMurry: Chemia organiczna 3. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2005, s. 477. ISBN 83-01-14403-3.