Tétraèdre - Tetrahedrane
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| Noms | |
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Nom IUPAC préféré
Tricyclo[1.1.0.0 2,4 ]butane |
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Modèle 3D ( JSmol )
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| 2035811 | |
| ChEBI | |
| ChemSpider | |
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CID PubChem
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Tableau de bord CompTox ( EPA )
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| Propriétés | |
| C 4 H 4 | |
| Masse molaire | 52,076 g·mol -1 |
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Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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 vérifier ( qu'est-ce que c'est ?)
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| Références de l'infobox | |
Le tétraèdre est un hypothétique hydrocarbure platonique de formule chimique C 4 H 4 et de structure tétraédrique . La molécule serait soumise à une contrainte angulaire considérable et n'a pas été synthétisée en 2021. Cependant, un certain nombre de dérivés ont été préparés. Dans un sens plus général, le terme tétraèdres est utilisé pour décrire une classe de molécules et d'ions ayant une structure apparentée, par exemple le phosphore blanc .
Tétraèdres organiques
En 1978, Günther Maier a préparé le tétra- tert- butyl- tétraèdre. Ces substituants volumineux enveloppent le noyau tétraédrique. Maier a suggéré que les liaisons dans le noyau sont empêchées de se rompre car cela forcerait les substituants à se rapprocher ( effet corset ) résultant en une souche de Van der Waals . Le tétraèdre est l'un des hydrocarbures platoniques possibles et porte le nom IUPAC de tricyclo[1.1.0.0 2,4 ]butane.
Le tétraèdre non substitué (C 4 H 4 ) demeure insaisissable, bien qu'il soit prévu qu'il soit cinétiquement stable. Une stratégie qui a été explorée (mais qui a échoué jusqu'à présent) est la réaction du propène avec le carbone atomique . L'enfermement d'une molécule de tétraèdre à l'intérieur d'un fullerène n'a été tenté qu'in silico . En raison de sa contrainte de liaison et de sa stoechiométrie, le tétranitrotétraèdre a un potentiel en tant que matériau énergétique à haute performance (explosif). Certaines propriétés ont été calculées sur la base de méthodes de chimie quantique.
Tétra- tert -butyltétraèdre
Ce composé a d'abord été synthétisé à partir d'une cycloaddition d'un alcyne avec de l'anhydride maléique substitué par t-Bu , suivie d'un réarrangement avec expulsion de dioxyde de carbone en une cyclopentadiénone et sa bromation , suivie de l'ajout du quatrième groupe t-Bu. L'élimination photochimique chélétropique du monoxyde de carbone de la cyclopentadiénone donne la cible. Le chauffage du tétra- tert- butyltétraèdre donne du tétra- tert- butyl cyclobutadiène . Bien que la synthèse semble courte et simple, selon le propre compte de Maier, il a fallu plusieurs années d'observation et d'optimisation minutieuses pour développer les conditions correctes pour que les réactions difficiles aient lieu. Par exemple, la synthèse de tétrakis( t- butyl)cyclopentadiénone à partir de la tris( t- butyl)bromocyclopentadiénone (elle-même synthétisée avec beaucoup de difficulté) a nécessité plus de 50 tentatives avant de pouvoir trouver des conditions de travail. La synthèse a été décrite comme nécessitant « une persévérance et une compétence expérimentale étonnantes » dans une rétrospective de l'œuvre. Dans un ouvrage de référence classique sur la stéréochimie, les auteurs remarquent que « le schéma relativement simple montré [...] cache à la fois la disponibilité limitée du matériau de départ et l'énorme quantité de travail requis pour établir les conditions appropriées pour chaque étape.
Finalement, une synthèse plus évolutive a été conçue, dans laquelle la dernière étape était la photolyse d'un diazométhane substitué par un cyclopropényle, qui fournit le produit souhaité par l'intermédiaire du tétra( tert- butyl)cyclobutadiène : Cette approche a profité de l'observation que le le tétraèdre et le cyclobutadiène pourraient être interconvertis (irradiation UV dans le sens direct, chaleur dans le sens inverse).
Tétra(triméthylsilyl)tétraèdre
Le tétra(triméthylsilyl)tétraèdre peut être préparé par traitement du précurseur cyclobutadiène avec du tris(pentafluorophényl)borane . Le tétra(triméthylsilyl)tétraèdre est beaucoup plus stable que l' analogue tert- butyle. La liaison silicium-carbone est plus longue qu'une liaison carbone-carbone, et donc l'effet corset est réduit. Alors que le tert- butyl tétraèdre fond à 135 °C en même temps qu'un réarrangement en cyclobutadiène, le tétra(triméthylsilyl)tétraèdre, qui fond à 202 °C, est stable jusqu'à 300 °C, moment auquel il se fissure en bis(triméthylsilyl)acétylène .
Le squelette tétraédrique est composé de liaisons bananes et, par conséquent, les atomes de carbone ont un caractère orbital s élevé . De la RMN , on peut déduire l' hybridation sp , normalement réservée aux triples liaisons . En conséquence, les longueurs de liaison sont exceptionnellement courtes avec 152 picomètres .
La réaction avec le méthyllithium avec le tétra(triméthylsilyl)tétraèdre donne du tétrahédranyllithium. Les réactions de couplage avec ce composé du lithium donnent des structures étendues.
Un bis(tétraèdre) a également été signalé. Le lien de connexion est encore plus court avec 143,6 pm. Une liaison carbone-carbone ordinaire a une longueur de 154 pm.
Tétraèdres avec noyaux sans carbone
En tétrasilatetraèdre dispose d'un noyau de quatre atomes de silicium . La liaison silicium-silicium standard est beaucoup plus longue (235 pm) et la cage est à nouveau enveloppée par un total de 16 groupes triméthylsilyle , qui confèrent la stabilité. Le silatétraédrane peut être réduit avec du graphite de potassium en dérivé de potassium tétrasilatetraédranide. Dans ce composé, l'un des atomes de silicium de la cage a perdu un substituant silyle et porte une charge négative. Le cation potassium peut être séquestré par un éther couronne et , dans le complexe résultant, le potassium et l'anion silyle sont séparés par une distance de 885 pm. L'une des liaisons Si − –Si est maintenant de 272 pm et son atome de silicium a une géométrie tétraédrique inversée . De plus, les quatre atomes de silicium de la cage sont équivalents sur l' échelle de temps RMN en raison des migrations des substituants silyle sur la cage.
La réaction de dimérisation observée pour le composé tétraédrique carboné est également tentée pour un tétrasilatetraèdre. Dans ce tétraèdre, la cage est protégée par quatre groupes dits supersilyle dans lesquels un atome de silicium a 3 substituants tert- butyle . Le dimère ne se matérialise pas mais une réaction avec l' iode dans le benzène suivie d'une réaction avec le tri- tert- butylsilaanion aboutit à la formation d'un amas de silicium à huit chaînons qui peut être décrit comme un haltère Si 2 (longueur 229 pm et avec inversion de géométrie tétraédrique) pris en sandwich entre deux anneaux Si 3 presque parallèles .
Dans les amas à huit chaînons du même groupe carboné , l' étain Sn 8 R 6 et le germanium Ge 8 R 6, les atomes de l'amas sont situés aux coins d'un cube.
Tétraèdres inorganiques et organométalliques
Le motif tétraédrique est largement présent en chimie. Le phosphore blanc (P 4 ) et l' arsenic jaune (As 4 ) en sont des exemples. Plusieurs amas de métal carbonyle sont appelés tétraèdres, par exemple le tétrarhodium dodécacarbonyle .
Il existe également des métallatetraèdres avec un seul métal (ou atome de phosphore) coiffant un trianion cyclopropyle.
Voir également
- cubaine
- Cyclobutadiène (isomère du tétraèdre)
- dodécaèdre
- Prismane
- Prismane C 8