Ciclopropano

composto chimico
Ciclopropano
formula di struttura
Cyclopropane-3D-balls.png
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC3H6
Massa molecolare (u)42
Aspettogas incolore
Numero CAS75-19-4
Numero EINECS200-847-8
PubChem6351
DrugBankDB13984
SMILES
C1CC1
Proprietà chimico-fisiche
Temperatura di fusione−127 °C (146 K)
Temperatura di ebollizione−32,8 °C (240,4 K)
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
estremamente infiammabile gas compresso
pericolo
Frasi H220 - 280
Consigli P210 - 410+403 [1][2]

Il ciclopropano è un idrocarburo ciclico formato da tre atomi di carbonio e da sei atomi di idrogeno (C3H6) o (CH2)3, da cui il vecchio nome di trimetilene datogli dallo scopritore A. Freund nel 1882.[3] È una molecola di simmetria elevata (D3h)[4] ed il più semplice dei cicloalcani. A temperatura ambiente è un gas incolore facilmente liquefacibile, dall'odore idrocarburico dolce, molto infiammabile.[5] È stato usato come anestetico.[6]

StrutturaModifica

Con un'indagine di diffrazione elettronica in fase gassosa è stato possibile determinare le lunghezze di degame C-C, (150,1 pm), C-H, (108,3 pm) e l'angolo ∠HCH, (114,5°).[7] I tre atomi di carbonio del ciclo giacciono nei vertici di un triangolo equilatero, ma gli angoli di 60° che ne risultano si allontanano notevolmente dall'angolo di legame ideale del carbonio ibridato sp3 che è 109,5°; ciò genera una forte tensione angolare che comporta il piegamento dei legami C-C verso l'esterno (banana bonds), indebolendoli.[8] Tutti gli atomi di idrogeno sono poi necessariamente tenuti in posizione eclissata (angolo diedro HCCH = 0°) e ciò dà luogo a tensione torsionale (o di eclissamento).

La somma di queste due tensioni (angolare e torsionale) costituisce la tensione d'anello, cui corrisponde un surplus di energia potenziale nella molecola e quindi una sua minore stabilità.[9] Tale destabilizzazione ammonta a 27,5 kcal/mol, appena maggiore di quella del ciclobutano (26,5 kcal/mol).[10] Tutto questo si riflette in un comportamento chimico che differisce dai cicloalcani con anelli ad almeno cinque termini e superiori. Questo si evidenzia, in particolare, in una certa facilità a subire reazioni di apertura dell'anello tramite addizioni: addizioni di H2 (idrogenazione catalitica), di acidi alogenidrici HX ed anche di alogeni X2 per dare derivati a catena aperta: propano, alogenuri di 1-propile e 1,3-dialogenopropano, rispettivamente. In tali reazioni il ciclopropano viene in parte ad assomigliare al comportamento di alcheni. Differisce però da questi ultimi nei riguardi dell'ossidabilità a freddo: con permanganato diluito o con ozono non reagisce.[11] Tuttavia il suo radicale, il ciclopropile (c-C3H5-), assomiglia, come sostituente, al vinile nella sua capacità a di stabilizzare un radicale o un carbocatione adiacenti: il ciclopropilmetile è spesso paragonato all'allile o al benzile.[12]

SintesiModifica

  • Sintesi di Wurtz:
Br-CH2-CH2-CH2-Br + 2Na →  CH2--CH2 + 2 NaBr
                            \   /
                             CH2

Questa reazione può avvenire anche con altri alogenuri alchilici bi-sostituiti (1,3-dicloro propano, ad esempio) e può essere catalizzata anche da altri metalli (ad esempio lo zinco).

CH2=CH2 + CH2N2  →  CH2--CH2 
                     \  /
                      CH2

In realtà CH2N2 è una molecola di diazometano, composto che in presenza di luce genera il carbene (.CH2.), che è un radicale con due elettroni spaiati. Quest'ultimo è capace di inserirsi nel doppio legame formando il ciclo.

ReazioniModifica

 CH2--CH2 +  9/2 O2  →  3 CO2  +  3 H2O + calore
  \   /
   CH2
  • Idrogenazione a dare il propano lineare:
 CH2--CH2  +  H2  →  CH3-CH2-CH3 
  \   /
   CH2
 CH2--CH2  +  HX  →  CH3-CH2-CH2-X 
  \   /
   CH2

NoteModifica

  1. ^ scheda del ciclopropano su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.
  2. ^ Sigma Aldrich; rev. del 13.01.2012
  3. ^ (DE) August Freund, Über Trimethylen, in Monatshefte für Chemie, vol. 3, n. 1, 1882-12, pp. 625–635, DOI:10.1007/BF01516828. URL consultato l'8 dicembre 2020.
  4. ^ Character table for point group D3h, su symmetry.jacobs-university.de. URL consultato il 14 gennaio 2022.
  5. ^ (EN) PubChem, Cyclopropane, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 14 gennaio 2022.
  6. ^ (EN) Edmond I. Eger, Bernard Brandstater e Lawrence J. Saidman, Equipotent Alveolar Concentrations of Methoxyflurane, Halothane, Diethyl Ether, Fluroxene, Cyclopropane, Xenon and Nitrous Oxide in the Dog, in Anesthesiology, vol. 26, n. 6, 1º novembre 1965, pp. 771–777, DOI:10.1097/00000542-196511000-00012. URL consultato l'8 dicembre 2020.
  7. ^ (EN) Satoshi Yamamoto, Munetaka Nakata e Tsutomu Fukuyama, Geometrical structure of cyclopropane as studied by gas electron diffraction and spectroscopic data, in The Journal of Physical Chemistry, vol. 89, n. 15, 1985-07, pp. 3298–3302, DOI:10.1021/j100261a027. URL consultato il 14 gennaio 2022.
  8. ^ J.B. Hendrickson, D.J. Cram e G.S. Hammond, CHIMICA ORGANICA, traduzione di A. Fava, 2ª ed., Piccin, 1973, pp. 187-189.
  9. ^ (EN) Kenneth B. Wiberg, The Concept of Strain in Organic Chemistry, in Angewandte Chemie International Edition in English, vol. 25, n. 4, 1986-04, pp. 312–322, DOI:10.1002/anie.198603121. URL consultato il 14 gennaio 2022.
  10. ^ F. A. Carey e R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry Part A: Structure and Mechanisms, Fifth Edition, Springer Science+Business Media, LLC, 2007, ISBN 978-0-387-68346-1.
  11. ^ R. Fusco, G. Bianchetti e V. Rosnati, CHIMICA ORGANICA, volume secondo, L. G. Guadagni, 1975, p. 3.
  12. ^ (EN) Derek C. Nonhebel, The chemistry of cyclopropylmethyl and related radicals, in Chemical Society Reviews, vol. 22, n. 5, 1993, pp. 347, DOI:10.1039/cs9932200347. URL consultato il 14 gennaio 2022.

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