Cyclobutadien

Strukturformel
Allgemeines
Name	Cyclobutadien
Andere Namen	1,3-Cyclobutadien [4]Annulen
Summenformel	C4H4
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 1120-53-2 PubChem 136879 ChemSpider 120626 Wikidata Q415302
Eigenschaften
Molare Masse	52,07 g·mol^−1
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Cyclobutadien (CBD) ist ein extrem instabiles Dien mit der Summenformel C₄H₄. Cyclobutadien ist das kleinste Annulen und kann als solches nur bei tiefen Temperaturen in festen Matrizen aus inerten Gasen abgefangen werden, ohne dass es dimerisiert.[2] Es ist ein cyclisches System mit konjugierten Doppelbindungen. Mit einer geraden Zahl von Elektronenpaaren ist es nach der Hückel-Regel ein Antiaromat und damit ein Diradikal mit niedriger Mesomeriestabilisierungsenergie.

Durch physikochemische Analysen wurde jedoch festgestellt, dass Cyclobutadien nicht quadratisch (sondern rechteckig) ist und es zwei unterscheidbare 1,2-Dideuterio-1,3-cyclobutadiene gibt. Dieser Befund erklärt sich dadurch, dass die π-Elektronen eher lokalisiert als delokalisiert sind. Lokalisierte π-Elektronen vermeiden, dass die Verbindung antiaromatisch ist.[3]

Dennoch ist es hochreaktiv und dimerisiert unter fast allen Bedingungen durch die Diels-Alder-Reaktion, die Reaktion findet selbst noch bei −78 °C statt. Dabei bildet sich bevorzugt das endo-Isomer, während das exo-Isomer nur als Nebenprodukt entsteht.[4]

Nach zahlreichen Fehlversuchen konnte es von Rowland Pettit 1965 zum ersten Mal an der Universität von Texas hergestellt werden, er konnte es jedoch nicht isolieren. Cyclobutadien kann durch Reduktion seiner Metallverbindungen hergestellt werden.

Cyclobutadien ist in vielen Metallkomplexen ein stabiler Ligand. Dies liegt darin begründet, dass zwei Elektronen vom Metall in Ligandenorbitale geschoben werden, wodurch ein hückelaromatisches 6π-Elektronensystem entsteht. CBD kann meist oxidativ (z. B. durch Cer(IV)-nitrat) vom Metallzentrum abgespalten werden.

Cyclobutadien lässt sich nach Freisetzung aus den Metallkomplexen mit elektronenarmen Alkinen umsetzen. Es entsteht zuerst Dewar-Benzol, das sich daraufhin langsam zu einem Benzolderivat umlagert. Des Weiteren kann Cyclobutadien aus der Zersetzung von 2-Pyron erhalten werden. Nach dem thermisch kontrollierten Ringschluss wird durch CO₂-Abspaltung das Dien erhalten.

Einzelnachweise

1. Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
2. G. Maier: Das Cyclobutadien-Problem. In: Angewandte Chemie. Band 86, Nr. 14, 1974, S. 491–505, doi:10.1002/ange.19740861402. 
3. Paula Y. Bruice (Hrsg.): Organische Chemie Prüfungstraining. Pearson, 2011, ISBN 978-3-86894-071-8. 
4. Joachim Buddrus: Grundlagen der Organischen Chemie, Walter de Gruyter Verlag, Berlin, 4. Auflage, 2011, S. 431, ISBN 978-3-11-024894-4.