Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.
A kubán (C8H8) olyan szénhidrogén, melynek molekulájában nyolc szénatom egy kocka csúcsán helyezkedik el, és minden szénatomhoz egy hidrogénatom kapcsolódik. A legegyszerűbb oktaéderes szimmetriájú szénhidrogén. Szilárd, kristályos anyag, elsőként Philip Eaton és Thomas Cole szintetizálta 1964-ben.[3] Korábban úgy vélték, hogy a kocka alakú szénváz túl instabil ahhoz, hogy létezzen. A kocka alak miatt a szénatomok között szokatlanul kicsi, 90°-os a kötésszög, ami jelentős gyűrűfeszültséget okoz a tetraéderes koordinációjú szénatomban mért 109,45°-hoz képest. A kubánmolekula kinetikailag eléggé stabil, mivel nincs könnyen elérhető közvetlen bomlási módja.
A kinetikai stabilitás melletti nagy energiatartalom révén a kubán és származékai szabályozott energiatárolásra használhatóak. Az okta- és heptanitrokubánnak például vizsgálták a nagy energiájú robbanóanyagként történő alkalmazhatóságát.
E vegyületeknek a szokásos szénhidrogénekhez képest nagyon nagy a sűrűségük. Az ebből fakadó nagy energiasűrűség azt jelenti, hogy viszonylag nagy mennyiségű energiát lehet aránylag kis helyen tárolni, ami a tüzelőanyag tárolása és az energia szállítása során fontos szempont.
Előállítása
Az 1964-es klasszikus szintézis 2-ciklopenténon 2-brómciklopentadienonná történő átalakításával kezdődik:[3][4]
A nyolc szénatomos kubánváz felépítése a 2-brómciklopentadienon spontán Diels-Alder dimerizációjával kezdődik – ez a ciklopentadiéndiciklopentadiénné történő dimerizációjával analóg –, az 1 vegyület két molekulájának reakciójával a 2 vegyület keletkezik. A további lépések végbemeneteléhez csak az endo izomer alkalmas, ebben a reakcióban túlnyomó részt ez az izomer keletkezik.
Ez a termék a legvalószínűbb, mivel az egyik molekulán levő brómatom és a másik reaktánson levő karbonilcsoport közötti sztérikus kölcsönhatás így a legkisebb, miközben a két reaktáns megközelíti egymást, valamint a reakció átmeneti állapotában a hasonló dipólusok közötti kölcsönhatás is így a legkisebb. Mindkét karbonilcsoportot benzolbanetilénglikollal és p-toluolszulfonsavval acetál formában védik, majd az egyik acetál védőcsoportot vizes sósavval szelektíven eltávolítva nyerik a 3 vegyületet.
A következő lépésben a 3 endo izomer (melyben mindkét alkén funkció egymáshoz közel található) fotokémiai [2+2] cikloaddíciós reakcióban kialakítja a ketrecszerű 4 szerkezetet. A brómketon csoportot kálium-hidroxiddal végzett Favorszkij-átrendeződéses gyűrűszűkítéssel 5karbonsavvá alakítják, majd a következő lépésben – a (tionil-kloriddal képzett) savkloridon keresztül terc-butil-hidroperoxiddal és piridinnel képzett 6terc-butil perészter – termikus dekarboxilezésével7 keletkezik, majd még egy acetál eltávolításával 8 képződik. További Favorszkij-átrendeződéssel keletkezik a 9, és végül újabb dekarboxilezéssel a 10-en keresztül alakul ki a 11 kubán.
Származékai
Az oktafenil származékát tetrafenilciklobutadién-nikkel-bromidból kiindulva már 1962-ben, az alapvegyület szintézisét megelőzően előállította Freedman. Ez a származék kevéssé oldódó, színtelen anyag, olvadáspontja 425–427 °C.[2][5][6][7]
} Egy 2014-es publikáció szerint a hiperkocka szerkezetű hiperkubán is létezhet.[8][9] A kubénnak két különböző izomerjét állították eddig elő, és egy harmadikat számítógépes módszerekkel vizsgáltak. Az orto-kubén alkén funkciója piramidalizációs geometriája miatt rendkívül reakcióképes. Előállításakor ez volt a legnagyobb piramidalizációjú, sikeresen előállított alkén.[10] A meta-kubén izomer még kevésbé stabil, a para-kubén pedig valószínűleg csak kettős gyök formájában létezik, semmint hogy benne a testátló mentén valódi kötés legyen.[11]
Reakciói
Fémionok által katalizált σ-kötés-átrendeződéssel kuneán állítható elő.[12][13]
↑ (1964. január 20.) „The Cubane System”. J. Am. Chem. Soc.86 (5), 962–964. o.
↑Freedman, H. H. (1961. január 20.). „Tetraphenylcyclobutadiene Derivatives. II.1 Chemical Evidence for the Triplet State”. J. Am. Chem. Soc.83 (9), 2195–2196. o.
↑Freedman, H. H. (1962. január 20.). „Tetraphenylcyclobutadiene Derivatives. IV.1 "Octaphenylcubane"; A Dimer of Tetraphenylcyclobutadiene”. J. Am. Chem. Soc.84 (14), 2837–2838. o.
↑ (1964. január 20.) „Structure of the Dimer of tetraphenylcyclobutadiene”. J. Am. Chem. Soc.86 (21), 4725–4726. o.
↑Pichierri, F. (2014. január 20.). „Hypercubane: DFT-based prediction of an Oh-symmetric double-shell hydrocarbon”. Chem. Phys. Lett.612, 198–202. o. DOI:10.1016/j.cplett.2014.08.032.
↑ (1966. január 20.) „Studien über den Mechanismus chemischer Reaktionen, XXIII. Hydrierungen von Nitrilen unter Verwendung von Terpenen als Wasserstoffdonatoren”. Chem. Ber.99, 227–232. o.
Fordítás
Ez a szócikk részben vagy egészben a Cubane című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
