Τετρακυκλάνιο

Τετρακυκλάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Τετρακυκλο[2.2.1.02,6.03,5]επτάνιο
Άλλες ονομασίες	Τετρακυκλάνιο; Κουαντρικυκλάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C7H8
Μοριακή μάζα	92,14 amu
Σύντομος; συντακτικός τύπος
Αριθμός CAS	278-06-8
SMILES	C1C2C3C2C4C1C34
InChI	1S/C7H8/c1-2-4-5(2)7-3(1)6(4)7/h2-7H,1H2/t2-,3+,4+,5-,6+,7
PubChem CID	78961
ChemSpider ID	30796462
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	>100
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	−44 °C
Σημείο βρασμού	108 °C
Πυκνότητα	982 kg/m³
Διαλυτότητα; στο νερό	Αδιάλυτο
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
	Εύφλεκτο (F); Πολύ τοξικό (T+)
Φράσεις κινδύνου	11, 23
Φράσεις ασφαλείας	16, 29, 33, 45
	Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το τετρακυκλάνιο (αγγλικά quadricyclane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C₇H₈. Πιο συγκεκριμένα, είναι τεταμένος πολυκυκλικός υδρογονάνθρακας που χρησιμοποιήθηκε ως πρόσθετο για προωθητικά πυραύλων και σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Ωστόσο, οι εφαρμογές του είναι περιορισμένες, γιατί η ένωση αποσυνθέτεται σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (κάτω των 400 °C).

Παραγωγή

Το τετρακυκλάνιο παράγεται με (φωτοχημική) διέγερση νορβοναδιένιου (δηλαδή 2,5-δικυκλο[2.2.1]επταδιένιου), με την παρουσία της κετόνης του Μισλέρ (Michler's ketone) ή της αιθυλοκετόνης του Μισλέρ (ethyl Michler's ketone). Άλλοι ευαισθητοποιητές, όπως προπανόνη, βενζοφαινόνη, ακετοφαινόνη και άλλοι, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν, αλλά η απόδοση της αντίδρασης φωτοϊσομερείωσης είναι έτσι χαμηλότερη. Η απόδοση είναι υψηλότερη αν χρησιμοποιηθεί πρόσφατα αποσταγμένο νορβοναδιένιο, αλλά και τα εμπορικά αντιδραστήρια επαρκούν για την πραγματοποίησή της.^[1]

Φωτοϊσομερείωση νορβορναδιένιου σε τετρακυκλάνιο και θερμοϊσομερείωση τετρακυκλάνιου σε νορβορναδιένιο.

Δομή, ιδιότητες και εφαρμογές

Το τετρακυκλάνιο έχει μεγάλη ενέργεια παραμόρφωσης δεσμών, που υπολογίστηκε σε 78,7 kcal/mol. Ο ισομερισμός του τετρακυκλανίου σε νορβοναδιένιο διεξάγεται, σε (σχετικά) χαμηλές θερμοκρασίες, ακόμη και χωρίς τη χρήση καταλύτη.^[2] Εξαιτίας της πολύ τεταμένης δομής του και της (σχετικής πάντα) θερμικής σταθερότητάς του, το τετρακυκλάνιο έχει μελετηθεί πολύ.

Παρουσία καταλύτη, το νορβοναδιένιο μετατρέπεται σε τετρακυκλάνιο, με τη βοήθεια υπεριώδους ακτινοβολίας μήκους κύματος περί τα 300 nm.^[3] Όταν το τετρακυκλάνιο ξαναμετατρέπεται σε νορβοναδιένιο εκλύεται η ενέργεια παραμόρφωσης του τετρακυκλάνιου σε μορφή θερμότητας (ΔH = −89 kJ/mol). Η αντίδραση αυτή έχει προταθεί να χρησιμοποιείται για την (προσωρινή) αποθήκευση ηλιακής ενέργειας.^[4]^[5] Ωστόσο, υπάρχει το πρόβλημα ότι με την αντίδραση αυτή αποθηκεύεται η ηλιακή ενέργεια που έχει μήκη κύματος περί τα 300 nm, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ενέργειας εκπέμπεται σε μήκη κύματος μεγαλύτερα από 400 nm. Επίσης, η σχετική σταθερότητα και το σχετικά μεγάλο ενεργειακό περιεχόμενο χημικής ενέργειας που αποθηκεύει ως ενέργεια παραμόρφωσης κάνει την ένωση ενδιαφέρουσα ως πρόσθετο προωθητικό ή και ως καύσιμο. Ωστόσο, και πάλι, το τετρακυκλάνιο δίνει αντίδραση θερμικής αποικοδόμισης σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (μικρότερες από 400 °C). Αυτό το μειονέκτημα περιορίζει τις εφαρμογές του, καθώς τα συστήματα προώθησης μπορεί να χρειάζεται να λειτουργούν και σε θερμοκρασίες που ξεπερνούν ακόμη και τους 500 °C.^[6]

Αντιδράσεις

Το τετρακυκλάνιο αντιδρά έντονα με το αιθανικό οξύ (CH₃COOH) δίνοντας ένα μίγμα από αιθανικό νορτρικυκλικό αιθυλεστέρα και αιθανικό εξωνορβορνυλεσττέρα.^[2] Το τετρακυκλάνιο αντιδρά επίσης με πολλά διενόφιλα, σχηματίζοντας σύμπλοκα 1:1.^[1]

Πηγές πληροφόρισης

Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.126, 6.1.
Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ Έκδοση Θεσσαλονίκη 1991

Αναφορές

↑ ^1,0 ^1,1 Striebich, R; Lawrence, J (2003). «Thermal decomposition of high-energy density materials at high pressure and temperature». Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 70 (2): 339. doi:10.1016/S0165-2370(02)00181-X.
↑ ^2,0 ^2,1 Petrov, V. A; Vasil’ev, N. V. “Synthetic Chemistry of Quadricyclane.” Current Organic Synthesis 3 (2006): 215–259
↑ Kalsi, P S (2000). Organic Reactions And Their Mechanisms. New Age International. σελ. 366. ISBN 978-81-224-1268-0.
↑ Dubonosov, A. D; Bren, V. A; Chernoivanov, V. A. “Norbornadiene – quadricyclane as an abiotic system for the storage of solar energy.” Russian Chemical Reviews 71 (2002): 917–927
↑ Philippopoulos, Constantine; Economou, Dimitrios; Economou, Constantine; Marangozis, John (1983). «Norbornadiene-quadricyclane system in the photochemical conversion and storage of solar energy». Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development 22 (4): 627. doi:10.1021/i300012a021.
↑ Striebich, R; Lawrence, J (2003). «Thermal decomposition of high-energy density materials at high pressure and temperature». Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 70 (2): 339. doi:10.1016/S0165-2370(02)00181-X.

[:0-1] 1,0 ^1,1 Striebich, R; Lawrence, J (2003). «Thermal decomposition of high-energy density materials at high pressure and temperature». Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 70 (2): 339. doi:10.1016/S0165-2370(02)00181-X.

[petrov-2] 2,0 ^2,1 Petrov, V. A; Vasil’ev, N. V. “Synthetic Chemistry of Quadricyclane.” Current Organic Synthesis 3 (2006): 215–259

[3] Kalsi, P S (2000). Organic Reactions And Their Mechanisms. New Age International. σελ. 366. ISBN 978-81-224-1268-0.

[4] Dubonosov, A. D; Bren, V. A; Chernoivanov, V. A. “Norbornadiene – quadricyclane as an abiotic system for the storage of solar energy.” Russian Chemical Reviews 71 (2002): 917–927

[5] Philippopoulos, Constantine; Economou, Dimitrios; Economou, Constantine; Marangozis, John (1983). «Norbornadiene-quadricyclane system in the photochemical conversion and storage of solar energy». Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development 22 (4): 627. doi:10.1021/i300012a021.

[6] Striebich, R; Lawrence, J (2003). «Thermal decomposition of high-energy density materials at high pressure and temperature». Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 70 (2): 339. doi:10.1016/S0165-2370(02)00181-X.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]