Quadricyclaan

Quadricyclaan
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van quadricyclaan
Algemeen
Molecuul­formule	C7H8
IUPAC-naam	tetracyclo[2.2.1.0^2,6.0^3,5]heptaan
Molmassa	92,14 g/mol
SMILES	C1C2C3C2C4C1C34
CAS-nummer	278-06-8
PubChem	78961
Wikidata	Q2913270
Waarschuwingen en veiligheids­maatregelen
Gevaar
H-zinnen	H225 - H330
EUH-zinnen	geen
P-zinnen	P210 - P260 - P284 - P310
Fysische eigenschappen
Aggregatie­toestand	vloeibaar
Kleur	kleurloos
Dichtheid	0,982 g/cm³
Smeltpunt	−44 °C
Kookpunt	(987 hPa) 108 °C
Vlampunt	11 °C
Onoplosbaar in	water
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal    Scheikunde

Quadricyclaan is een koolwaterstof met meerdere kleine ringen in het molecuulstructuur. Deze kleine ringen leiden tot een grote ringspanning. De ringspanning is aanleiding geweest om de stof te onderzoeken als additief voor raketbrandstof en component in de opslag van zonne-energie. De toepassingsmogelijkheden als brandstof bleken echter beperkt door de relatief lage thermische stabiliteit: ontleding treedt al op bij temperaturen onder 400 °C, waardoor de energie vrijkomt op een plek waar omzetting in stuwkracht moeilijk is.[1]

Synthese

Quadricyclaan wordt bereid door norbornadieen (bicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene) in in aanwezigheid van Michlers keton[2] (of de ethylvariant daarvan) te bestralen.[3] Andere fotosensitizers, zoals aceton, benzofenon of acetofenon zijn ook bruikbaar, maar geven een lagere opbrengst. Pas gedestilleerd norbornadieen geeft een hogere opbrengst, maar commercieel verkrijgbaar materiaal leidt ook tot een acceptabele opbrengst.[4]

Structuur en eigenschappen

Quadricyclaan is een verbinding met veel ringspanning: 330 tot 373 kJ/mol (afhankelijk van de manier van meten). Isomerisatie van quadricyclaan is bij kamertemperatuur zonder katalysator een traag proces.[5] De hoge ringspanning én de stabiliteit bij kamertemperatuur zorgen ervoor dat de stof goed bestudeerd kon worden.

In aanwezigheid van een katalysator kan norbornadieen met ultraviolet licht (~300 nm) omgezet worden in quadricyclaan.[6] Tijdens de ook onder invloed van straling optredende terugvorming van norbornadieen wordt de in ringspanning opgeslagen energie als warmte aan de omgeving afgestaan. Deze reacties liggen aan de basis van het voorstel om quadricyclaan als tussenstap te gebruiken in de opslag van zonne-energie.[7][8] Deze toepassing is nog niet echt van de grond gekomen omdat op zeeniveau zonlicht nauwelijks straling met de gewenste golflengte (300 nm) heeft.

Reacties

Quadricyclaan reageert makkelijk met azijnzuur, waarbij een mengsel van nortricyclylacetaat en exo-norbornylacetaat ontstaat.[5] Ook met diënofielen reageert quadricyclaan eenduidig tot 1:1 adducten, zoals met dimethylacetyleendicarboxylaat (DMAD) of azoverbindingen.[4]

Bronnen, noten en/of referenties

1. R Striebich, J Lawrence. (2003). Thermal decomposition of high-energy density materials at high pressure and temperature Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 70 (2): pag.: 339 DOI:10.1016/S0165-2370(02)00181-X
2. Michler's keton =4,4'-dimethylaminobenzofenon.
3. P. Cahill, R. Steppel. (2003). Process of quadricyclane production. US patent. 10661194
4. Claiborune D. Smith. (1988). GEEN TITEL OPGEGEVEN (Organic Synthesis): pag.: 962 Collective volume 6
5. V.A. Petrov, N.V. Vasil’ev. (2006). Synthetic Chemistry of Quadricyclane Current Organic Synthesis. 3 pag.: 215–259
6. P.S. Kalsi. (2000). Quadricyclaansynthese Organic Reactions And Their Mechanisms pag.: 366 – New Age International Internetpagina: Quadricyclaansynthese geraadpleegd op 8 augustus 2016 (alleen samenvatting, voor volledig artikel is betaald abonnement nodig)
7. A.D. Dubonosov, V.A. Bren, V.A. Chernoivanov. (2002). Norbornadiene – quadricyclane as an abiotic system for the storage of solar energy Russian Chemical Reviews. 71 pag.: 917–927
8. Constantine Philippopoulos, Dimitrios Economou, Constantine Economou, John Marangozis. (1983). Norbornadiene-quadricyclane system in the photochemical conversion and storage of solar energy Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development. 22 (4): pag.: 627 DOI:10.1021/i300012a021