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Cubano
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Il mwbgcubano è un mwbwidrocarburo pentaciclico mwcaalifatico avente formula Cmwcq8Hmwcg8 o (CH)mwcw8.cite-ref-1[1] Deve il suo nome al fatto che gli 8 atomi dello mweascheletro di carbonio sono disposti ai vertici di un mweqcubo. In quanto tale, fa parte degli mwegidrocarburi platonici,cite-ref-2[2]cite-ref-3[3] insieme al mwgwtetraedrano (finora non noto, ma se ne conoscono alcuni derivati) e al mwhadodecaedrano. È il più semplice idrocarburo con simmetria mwhqottaedrica, mwhggruppo puntuale mwhwOmwiah.cite-ref-4[4]

Prima della sua sintesi, realizzata ad opera di mwjgP. Eaton e T. Cole nel 1964,cite-ref-2-5-0[5] Eaton credette che il cubano non avrebbe potuto essere ottenuto a causa della necessaria presenza di angoli di legame di 90° che avrebbero comportato grande tensione angolare nella molecola.cite-ref-6[6]

Il cubano rappresenta anche un caso particolare degli [n]prismani, il [4]prismano, omologo superiore del mwma[3prismano (ossia, il mwmqbenzene di Ladenburg).cite-ref-7[7]cite-ref-8[8]

Contents

Note

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Struttura

Nello scheletro della molecola del cubano (come pure in quelli dei suoi derivati) 3 dei 4 angoli di legame di ogni atomo di carbonio sono necessariamente di 90°, valore molto distante da quello dell'angolo tetraedrico (109,5°), che è quello naturale per l'mwpqibridazione mwpgspmwpw3. Inoltre, ognuno degli 8 idrogeni, situati sui prolungamenti delle diagonali del cubo, è eclissato. La mwqatensione d'anello che ne risulta, somma delle tensioni angolare e torsionale (o di eclissamento), è di entità veramente notevole: è stata valutata in 154,7 kcal/mol (19,3 kcal/mol per ogni unità CH); quella del mwqqciclobutano, per confronto, ammonta a 26,5 kcal/mol (6,62 kcal/mol per ogni unità CHmwqg2, cioè solo un terzo, circa), mentre quella del tetraedrano è stimata in 140 kcal/mol (35 kcal/mol per ogni unità CH).cite-ref-9[9]

Tramite indagini di diffrazione elettronicacite-ref-10[10] in fase gassosa si è visto che i legami C−C sono lunghi 157,27mwtq ±mwtg 0,19mwtw mwuapm, più del valore normale di 154mwuq pm,cite-ref-02-11-0[11] ma maggiore anche di quelli nel ciclobutano (155,1mwvg pm); anche i legami C−H (111,8mwvw ±mwwa 0,8mwwq pm) sono più lunghi rispetto a quelli del ciclobutano (109mwwg pm).cite-ref-12[12]cite-ref-13[13]cite-ref-14[14]

Proprietà

A temperatura e pressione ambiente il cubano è un solido cristallino mwaqpolimorfico,cite-ref-15[15] incolore, ed eccezionalmente mwbgdenso, per essere un idrocarburo (1,29 g/cm³);cite-ref-16[16] è solubile in mwcwesano ed altri mwdasolventi idrocarburici.cite-ref-17[17] Il solido fonde a 133,5mweq °C e bolle a 161,6mweg °C.cite-ref-18[18] L'alta densità implica anche alta densità di energia sviluppata nella sua mwfwcombustione rispetto ad altri idrocarburi.cite-ref-0-19-0[19]

Con la sua tensione d'anello, non sorprende che il cubano sia un idrocarburo fortemente mwhqendotermico, mwhgΔHƒ° = +542mwiq ±mwig 3mwiw kmwjaJ/mwjqmol,cite-ref-1-20-0[20] quindi mwkgtermodinamicamente molto instabile, anche se mostra una notevole stabilità mwkwcinetica. Infatti, nonostante la molecola sia così fortemente in tensione, il cubano appare insolitamente stabile termicamente: si decompone solo a partire da circa 200mwlq °C, ben oltre la temperatura di ebollizione, dando principalmente l'mwlgisomero monociclico mwlwcicloottatetraene.

Questo è dovuto al fatto che anche l'mwmqenergia di attivazione per l'mwmgisomerizzazione è relativamente alta, 180,5mwmw kJ/mol.cite-ref-21[21]cite-ref-22[22] Il cubano risulta relativamente stabile anche alla luce, all'aria e all'acqua,cite-ref-23[23] per cui è maneggiabile in laboratorio chimico sotto mwqacappa aspirante senza ulteriori particolari limitazioni, tranne ovviamente quelle relative alla sicurezza.

Trattato con catalizzatori a base di mwqgAg(I) o mwqwPd(II) si isomerizza a cuneano.cite-ref-24[24]cite-ref-25[25] Con catalizzatore a base di mwtqRh(I) si trasforma inizialmente in mwtgsin-tricicloottadienecite-ref-26[26]cite-ref-27[27] il quale, se scaldato a 50mwvw -mwwa 60mwwq °C, si converte poi a ciclottatetraene.cite-ref-28[28]

A causa del surplus di energia nella molecola, il cubano e suoi derivati trovano occasionalmente applicazioni come additivi per carburanti o esplosivi ad elevata densitàcite-ref-0-19-1[19] (per il cubano il mwywcalore di combustione ammonta a ben 4.833,27mwza kJ/molcite-ref-1-20-1[20]).

Sintesi

Il cubano è un idrocarburo sintetico, la sua mw0wmolecola è stata sintetizzata nel mw1a1964 da Philip E. Eaton e Thomas W. Cole dell'mw1qUniversità di Chicago.cite-ref-2-5-1[5] La sintesi include l'utilizzo di due mw2griarrangiamenti di Favorskii. Fino ad allora si era pensato che l'esistenza di molecole del genere potesse essere solo teorica e che la loro sintesi fosse impossibile per via dell'instabilità indotta dal forzare atomi di carbonio mw2wspmw3a3 (vedi: mw3qcicloalcani) a formare legami ad angolo retto. Una possibile sintesi del cubano è illustrata nello schema seguente:cite-ref-29[29]

Derivati

L'ottafenilcubano (Cmw6a8Phmw6q8) è stato sintetizzato a partire dal mw6gcomplesso del tetrafenilciclobutadiene con il mw6wbromuro di mw7anichel nel 1962, prima del cubano stesso. È un solido incolore molto poco solubile, che fonde a 425-427mw7q °C.cite-ref-30[30]cite-ref-31[31]cite-ref-32[32]

Dell'ottametilcubano (Cmw-w8Memw-a8) è stata valutata computazionalmente la stabilità, trovando che la sua mw-qemivita a temperatura ambiente è dell'ordine di 10mw-g9mw-w mwaqas (≈mwaqe 31,7mwaqi anni).cite-ref-33[33]

L'mwaqgottanitrocubano (Cmwaqk8(NOmwaqo2)mwaqs8) è stato sintetizzato nel 1999cite-ref-34[34] dallo stesso Philip Eaton che aveva sintetizzato per primo il cubano nel 1964, ed è risultato essere uno degli esplosivi di ultima generazione,cite-ref-35[35] che ha una velocità di esplosione di circa 10.000mwaru m/s.cite-ref-36[36] In connessione alla stabilità della sua struttura a temperatura ambiente e della relativa bassa tossicità, alcuni suoi derivati sono anche oggetto di ricerca in mwaromedicina,cite-ref-37[37] per applicazioni mwar8ottichecite-ref-38[38] e nelle mwasqnanotecnologie.cite-ref-39[39]cite-ref-40[40]

Più recentemente, nel 2022, è stato sintetizzato l'mwas4ottafluorocubano (Cmwas88Fmwata8), che è stato a lungo un composto di interesse teorico.cite-ref-science-org-41-0[41] A temperatura ambiente è un solido incolore sublimabile. È risultato interessante trovare che esso mostra una mwatuaffinità elettronica relativamente elevata, che permette la formazione del suo mwatyanione radicalico Cmwatc8Fmwatg8mwatk•−, per il quale i calcoli teorici predicono che l'elettrone sia intrappolato all'interno dello scheletro cubico.cite-ref-42[42]

È stato sintetizzato il dicubile o cubilcubano (Cmwat88Hmwaua7)mwaue2, come pure alcuni oligocubani; nel dicubile si trova, da un'analisi diffrattometrica X, che il legame esociclico tra i due scheletri cubici è estremamente corto (148,8mwaui pm) per essere un mwaumlegame singolo C−C e molto più corto dei legami C−C entro il cubano stesso (157,2mwauq pm);cite-ref-science-org-41-1[41] questo risulta riconciliabile considerando che gli orbitali mwaukibridi con cui i due C in questione si legano devono avere un carattere mwauos aumentato, abbastanza superiore al 25% teorico per l'ibridazione mwausspmwauw3, dato che gli altri tre loro legami hanno angoli reciproci di ≈mwau0 90°, quindi con carattere mwau4s minore del 25%, stante che il carattere mwau8s complessivo deve rimanere tale.cite-ref-43[43]

È stato sintetizzato anche un derivato mwavuinsaturo, il cubene Cmwavy8Hmwavc6, in cui uno degli 8 legami C-C è doppio che, per la pesante piramidalizzazione dei due carboni interessati, è risultato essere parecchio instabile e estremamente reattivo.cite-ref-44[44]

Note

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Bibliografia

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Voci correlate

• mwa7qTetraedrano
• mwa7yDodecaedrano
• mwa7gCiclobutano

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