Τετρακυκλάνιο

Το τετρακυκλάνιο (αγγλικά quadricyclane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C7H8. Πιο συγκεκριμένα, είναι τεταμένος πολυκυκλικός υδρογονάνθρακας που χρησιμοποιήθηκε ως πρόσθετο για προωθητικά πυραύλων και σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Ωστόσο, οι εφαρμογές του είναι περιορισμένες, γιατί η ένωση αποσυνθέτεται σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (κάτω των 400 °C).

 Παραγωγή 

Το τετρακυκλάνιο παράγεται με (φωτοχημική) διέγερση νορβοναδιένιου (δηλαδή 2,5-δικυκλο[2.2.1]επταδιένιου), με την παρουσία της κετόνης του Μισλέρ (Michler's ketone) ή της αιθυλοκετόνης του Μισλέρ (ethyl Michler's ketone). Άλλοι ευαισθητοποιητές, όπως προπανόνη, βενζοφαινόνη, ακετοφαινόνη και άλλοι, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν, αλλά η απόδοση της αντίδρασης φωτοϊσομερείωσης είναι έτσι χαμηλότερη. Η απόδοση είναι υψηλότερη αν χρησιμοποιηθεί πρόσφατα αποσταγμένο νορβοναδιένιο, αλλά και τα εμπορικά αντιδραστήρια επαρκούν για την πραγματοποίησή της.
κέντρο|μικρογραφία|220x220εσ|Φωτοϊσομερείωση νορβορναδιένιου σε τετρακυκλάνιο και θερμοϊσομερείωση τετρακυκλάνιου σε νορβορναδιένιο.

 Δομή, ιδιότητες και εφαρμογές 

Το τετρακυκλάνιο έχει μεγάλη ενέργεια παραμόρφωσης δεσμών, που υπολογίστηκε σε 78,7 kcal/mol. Ο ισομερισμός του τετρακυκλανίου σε νορβοναδιένιο διεξάγεται, σε (σχετικά) χαμηλές θερμοκρασίες, ακόμη και χωρίς τη χρήση καταλύτη.Petrov, V. A; Vasil’ev, N. V. “Synthetic Chemistry of Quadricyclane.” Current Organic Synthesis 3 (2006): 215–259 Εξαιτίας της πολύ τεταμένης δομής του και της (σχετικής πάντα) θερμικής σταθερότητάς του, το τετρακυκλάνιο έχει μελετηθεί πολύ.

Παρουσία καταλύτη, το νορβοναδιένιο μετατρέπεται σε τετρακυκλάνιο, με τη βοήθεια υπεριώδους ακτινοβολίας μήκους κύματος περί τα 300 nm. Όταν το τετρακυκλάνιο ξαναμετατρέπεται σε νορβοναδιένιο εκλύεται η ενέργεια παραμόρφωσης του τετρακυκλάνιου σε μορφή θερμότητας (ΔH = −89 kJ/mol). Η αντίδραση αυτή έχει προταθεί να χρησιμοποιείται για την (προσωρινή) αποθήκευση ηλιακής ενέργειας.Dubonosov, A. D; Bren, V. A; Chernoivanov, V. A. “Norbornadiene – quadricyclane as an abiotic system for the storage of solar energy.” Russian Chemical Reviews 71 (2002): 917–927 Ωστόσο, υπάρχει το πρόβλημα ότι με την αντίδραση αυτή αποθηκεύεται η ηλιακή ενέργεια που έχει μήκη κύματος περί τα 300 nm, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ενέργειας εκπέμπεται σε μήκη κύματος μεγαλύτερα από 400 nm. Επίσης, η σχετική σταθερότητα και το σχετικά μεγάλο ενεργειακό περιεχόμενο χημικής ενέργειας που αποθηκεύει ως ενέργεια παραμόρφωσης κάνει την ένωση ενδιαφέρουσα ως πρόσθετο προωθητικό ή και ως καύσιμο. Ωστόσο, και πάλι, το τετρακυκλάνιο δίνει αντίδραση θερμικής αποικοδόμισης σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (μικρότερες από 400 °C). Αυτό το μειονέκτημα περιορίζει τις εφαρμογές του, καθώς τα συστήματα προώθησης μπορεί να χρειάζεται να λειτουργούν και σε θερμοκρασίες που ξεπερνούν ακόμη και τους 500 °C.

 Αντιδράσεις 
Το τετρακυκλάνιο αντιδρά έντονα με το αιθανικό οξύ (CH3COOH) δίνοντας ένα μίγμα από αιθανικό νορτρικυκλικό αιθυλεστέρα και αιθανικό εξωνορβορνυλεσττέρα. Το τετρακυκλάνιο αντιδρά επίσης με πολλά διενόφιλα, σχηματίζοντας σύμπλοκα 1:1.

 Πηγές πληροφόρισης 

 Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.126, 6.1.
 Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
 SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
 Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ Έκδοση Θεσσαλονίκη 1991

 Αναφορές 

Κατηγορία:Κυκλοαλκάνια
Κατηγορία:C7
Κατηγορία:Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας