Kuban (węglowodór)

Kuban
Nazewnictwo
	Nomenklatura systematyczna (IUPAC)
PIN	kuban
inne	pentacyklooktan
	Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	C8H8
Masa molowa	104,15 g/mol
Wygląd	krystaliczne ciało stałe
	Identyfikacja
Numer CAS	277-10-1
PubChem	136090
SMILES
	C12C3C4C1C5C4C3C25
InChI
	InChI=1S/C8H8/c1-2-5-3(1)7-4(1)6(2)8(5)7/h1-8H
	InChIKey
	TXWRERCHRDBNLG-UHFFFAOYSA-N
Właściwości
	Gęstość
	1,29 g/cm³; ciało stałe
	Rozpuszczalność w wodzie
	nierozpuszczalny
Temperatura topnienia	131,8 °C
Niebezpieczeństwa
	Globalnie zharmonizowany system; klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
	Wiarygodne źródła oznakowania tej substancji; według kryteriów GHS są niedostępne.
	Podobne związki
Podobne związki	dodekaedran, adamantan
Pochodne nitrowe	oktanitrokuban
	Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą; stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
	Multimedia w Wikimedia Commons

Kuban (z gr. κύβος sześcian), C
8H
8 – organiczny związek chemiczny z grupy alifatycznych węglowodorów policyklicznych, 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

Po raz pierwszy kuban został zsyntetyzowany przez Philipa Eatona, profesora chemii w Uniwersytecie Chicago w 1964^[3] roku. Oryginalną syntezę rozpoczyna się od 2-cyklopentenonu^[4]^[5].

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).

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^[6]. 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

↑ ^a ^b P-23.7 Zachowane nazwy macierzystych wodorków von Baeyera, Henri A.H.A. Favre Henri A.H.A., Warren H.W.H. Powell Warren H.W.H., Nomenklatura związków organicznych. Rekomendacje IUPAC i nazwy preferowane 2013, Komisja Terminologii Chemicznej Polskiego Towarzystwa Chemicznego (tłum.), wyd. 5, Narodowy Komitet Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej, , s. 159 .
↑ ^a ^b ^c Witold Mizerski: Tablice chemiczne. Warszawa: Wydawnictwo Adamantan, 2008, s. 206. ISBN 978-83-7350-105-8.
↑ Witold Mizerski: Tablice chemiczne. Warszawa: Wydawnictwo Adamantan, 2008, s. 252. ISBN 978-83-7350-105-8.
↑ Philip E.P.E. Eaton Philip E.P.E., Thomas W.T.W. Cole Thomas W.T.W., The Cubane System, „Journal of the American Chemical Society”, 86 (5), 1964, s. 962–964, DOI: 10.1021/ja01059a072 (ang.).
↑ Philip E.P.E. Eaton Philip E.P.E., Thomas W.T.W. Cole Thomas W.T.W., Cubane, „Journal of the American Chemical Society”, 86 (15), 1964, s. 3157–3158, DOI: 10.1021/ja01069a041 (ang.).
↑ John McMurry: Chemia organiczna 3. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2005, s. 477. ISBN 83-01-14403-3.

[BlueBook-1] P-23.7 Zachowane nazwy macierzystych wodorków von Baeyera, Henri A.H.A. Favre Henri A.H.A., Warren H.W.H. Powell Warren H.W.H., Nomenklatura związków organicznych. Rekomendacje IUPAC i nazwy preferowane 2013, Komisja Terminologii Chemicznej Polskiego Towarzystwa Chemicznego (tłum.), wyd. 5, Narodowy Komitet Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej, , s. 159 .

[tabchem-2] Witold Mizerski: Tablice chemiczne. Warszawa: Wydawnictwo Adamantan, 2008, s. 206. ISBN 978-83-7350-105-8.

[autonazwa1-3] Witold Mizerski: Tablice chemiczne. Warszawa: Wydawnictwo Adamantan, 2008, s. 252. ISBN 978-83-7350-105-8.

[eaton-962-4] Philip E.P.E. Eaton Philip E.P.E., Thomas W.T.W. Cole Thomas W.T.W., The Cubane System, „Journal of the American Chemical Society”, 86 (5), 1964, s. 962–964, DOI: 10.1021/ja01059a072 (ang.).

[eaton-3157-5] Philip E.P.E. Eaton Philip E.P.E., Thomas W.T.W. Cole Thomas W.T.W., Cubane, „Journal of the American Chemical Society”, 86 (15), 1964, s. 3157–3158, DOI: 10.1021/ja01069a041 (ang.).

[6] John McMurry: Chemia organiczna 3. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2005, s. 477. ISBN 83-01-14403-3.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]