Το τετραεδράνιο είναι πλατωνικός υδρογονάνθρακας μεμοριακό τύποC4H4καιτετραεδρική δομή. Η ακραία γωνιακή παραμόρφωση (καθώς οι δεσμικές γωνίες των ατόμων άνθρακα στο μόριο της ένωσης απέχουν σημαντικά από τη φυσιολογική τετραεδρική γωνία των 109.5°) αποτρέπει αυτό το μόριο από τοτονα σχηματιστεί φυσιολογικά.
Το 1978, ο Γκίντερ Μάγιερ παρασκεύασε ένα σταθερό θυγατρικό τετραεδράνιο με τέσσερα (4) τριτοταγή βουτύλια ως υποκαταστάτες.[1] Αυτοί οι
υποκαταστάτες είναι πολύ ογκώδεις, και περιβάλλουν εντελώς τον τετραεδρανικό πυρήνα, αποτρέποντας έτσι τη διάσπαση της ένωσης, γιατί κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας διεργασίας οι υποκαταστάτες θα πλησίαζαν, με αποτέλεσμα παραμόρφωση Βανντερ Βάαλς. Το τετραεδράνιο είναι ένας από τους πιθανούς πλατωνικούς υδρογονάνθρακες και έχει συστηματική κατά IUPAC ονομασία τρικυκλο[1.1.0.02,4]βουτάνιο.
Το μητρικό, μη υποκατεστημένο τετραεδράνει
παραμένει ακόμη ασύλληπτο, ανκαι προβλέπεται να είναι κινητικά σταθερό. Μια στρατηγική που έχει διερευνηθεί (αλλά μέχρι στιγμής έχει αποτύχει) είναι αντίδραση προπένιουμε ατομικό άνθρακα.[2] Έχει γίνει απόπειρα εγκλεισμού ενός μορίου τετραεδρανίου στο εσωτερικό ενός μορίου φουλερενίου, in silico.[3]
Το τετρα(τριτοταγες βουτυλο)τετραεδράνιο ήταν η πρώτη σταθερή σύνθεση θυγατρικού τετραεδρανίου. Η σύνθεση αυτή ξεκίνησε με κυκλοπροσθήκη ενός αλκινίου με υποκατεστημένο από τριτοταγές βουτύλιο μηλεϊνικό ανυδρίτη,[4]που ακολουθείται από αναδιάταξη με απόσπαση διοξείδιου του άνθρακα σεμια κυκλοπενταδιενόνη και ακολουθούμενα από βρωμίωση, προσθήκη μιας τέταρτης ομάδας τριτοταγούς βουτυλίου και τέλος φωστοχημική αναδιάταξη με απόσπαση μονοξειδίου του άνθρακα.
Στο τετρα(τριμεθυλοσιλυλο)τετραεδράνιο, οι τριτοταγείς βουτυλομάδες έχουν αντικατασταθεί από τριμεθυλοσιλυλομάδες.[5] Αυτή η ένωση (που παρασκευάζεται από το αντίστοιχο θυγατρικό κυκλοβουταδιένιο) είναι πολύ πιο σταθερό από ότι η ανάλογη με τέσσερεις (4) τριτοταγές βουτύλομάδες ως υποκαταστάτες.
Ο δεσμός πυριτίου–άνθρακα είναι μακρύτερος από ένα δεσμό άνθρακα–άνθρακα, και ως εκ τούτου το φαινόμενο κορσέ είναι μειωμένο. Από την άλλη πλευρά, η τριμεθυλοσιλυλομάδα είναι μια ομάδα σ-δότη, που εξηγεί την αυξημένη σταθεροποίηση του τετραεδρανικού πυρήνα. Λαμβάνοντας υπόψη ότι τοτο τετρα(τριτοταγές βουτυλο)τετραεδράνιο λιώνει στους 135 °C, στην οποία θερμοκρασία ξεκινά η αποσύνθεση του κυκλοβουταδιενίου, το τετρα(τριμεθυλοσιλυλο)τετραεδράνιο λιώνει σε πολύ υψηλότερη θερμοκρασία (202 °C) και είναι σταθερή μέχρι τους 300 °C, θερμοκρασία μετά την οποία μετατρέπεται σεασετυλίνη, την αρχική πρώτη ύλη. Ο τετραεδρανικός σκελετός αποτελείται από δεσμούς-μπανάνα, και ως εκ τούτου, τα άτομα του άνθρακα έχουν υψηλό ποσοστό χαρακτήρα σεs-τροχιακά . Από τη φασματοσκοπία πυρηνικού παραμαγνητικού συντονισμού, ο sp-υβριδισμός που μπορεί να συναχθεί, συνήθως προορίζεται γιατριπλούς δεσμούς. Κατά συνέπεια, τα μήκη δεσμού είναι ασυνήθιστα μικρά, στα 152 πικόμετρα.
Μια βελτιωμένη μέθοδος σύνθεσης τετρα(τριμεθυλοσιλυλο)τετραεδράνιου έχει αναφερθεί, από αναγωγή ενός ηλεκτρονίου κυκλοβουταδιενίου με πρόδρομη ένωση τοτρι(πενταφθοροφαινυλο)βοράνιο.[6] Αντίδραση μεμεθυλολίθιο απέδωσε σταθερό τετραεδρανυλολίθιο ως παράγωγο.[7] Αντιδράσεις σύνζευξης με αυτήν την λιθιούχα ένωση έχουν δώσει πρόσβαση σε περισσότερα παράγωγα.[8][9][10]
Το διμερές τετραεδράνιο έχει έπίσης αναφερθεί.[11]Τα μήκη δεσμών σε αυτό είναι ακόμη βραχύτερα, στα 143.6 pm. Σημειώστε, για σύγκριση, ότι ένας συνηθισμένο δεσμός άνθρακα–άνθρακα έχει μήκος 154 pm.
Στο τετρασιλατετραεδράνιο, τα τέσσερα (4) άτομα του άνθρακα του τετραεδρανίου έχουν αντικατασταθεί από αντίστοιχα άτομα πυρίτιου.
Το κανονικό μήκος δεσμών πυριτίου - πυριτίου είναι πολύ μεγαλύτερο (235 pm.) καιη δομή αυτή και πάλι αναδύεται από συνολικά 16 τριμεθυλοσιλυλομάδες. Αυτό καθιστά την ένωση
θερμικά σταθερή. Το τετρασιλατετραεδράνιο μπορεί να αναχθεί με καλιούχο γραφίτη σε άλας τετρασιλατετραεδρανιδιούχου καλίου. Σε αυτήν την ένωση ένα από τα άτομα πυριτίου της τετρασιλατετραδρανικής δομής έχει χάσει έναν σιλυλυποκαταστάτη και φέρουν αρνητικό φορτίο.
Το κατιόν καλίου μπορεί να συλληφθεί από έναν αιθέρα-στέμμα καιτο σύμπλοκο καλίου και σιλυλανιόντος που προκύπτει χωρίζονται από μια απόσταση 885 pm. Ένας από τους δεσμούς Si−-Si είναι πλέον 272 pm καιτο άτομο του πυρίτιου έχει μια ανεστραμμένη τετραεδρική γεωμετρία. Επιπλέον, τα τέσσερα (4) άτομα του κλουβιού πυριτίου είναι ισοδύναμα, σύμφωνα μετη φασματοσκοπία πυρηνικού παραμαγνητικού συντονισμού, κατά το χρονικό διάστημα τωνεν λόγω μεταναστεύσεων των σιλυλυποκαταστατών πάνω από το κλουβί.[12]
Η αντίδραση διμερισμού που παρατηρήθηκε γιατο ανθρακούχο τετραεδράνιο, έγινε απόπειρα να πραγματοποιηθεί επίσης καιγιατο τετρασιλατετραεδράνιο.[13]Σε αυτό το κλουβί του τετραεδρανίου προστατεύεται από τέσσερις (4) υπερσιλυλομάδες, κατά την οποία ένα άτομο πυριτίου έχει τρεις (3) τριτοταγείς βουτυλοϋποκαταστάτες. Η παραγωγή του διμερούς τετρασιλατετραεδράνιου δεν υλοποιηθεί, αλλά μια αντίδραση μειώδιοσεβενζόλιοπου ακολουθείται από την αντίδραση μετοτρι(τριτοταγες βουτυλο)σιλαανιόν είχε αποτέλεσμα το σχηματισμό σύμπλοκης ένωσης με οκταμελείς δακτυλίους πυριτίου, η οποία μπορεί να περιγραφεί ως Si2 αλτήρα (με μήκος δεσμού 229 pm) καιμε αντιστροφή του τετραεδρική γεωμετρία) ανάμεσα σε δύο σχεδόν παράλληλους δακτυλίους Si3.
Σε γνωστά οκταμελή συμπλέγματα με χημικά στοιχεία της ίδιας ομάδας άνθρακα, δηλαδή κασσιτέρου Sn8R6γερμάνιου Ge8R6, το σύμπλεγμα των ατόμων βρίσκονται στις γωνίες ενός κύβου.
↑Nemirowski, Adelina; Reisenauer, Hans Peter; Schreiner, Peter R. (2006). «Tetrahedrane—Dossier of an Unknown». Chem. Eur. J.12: 7411–7420. doi:10.1002/chem.200600451.
↑Ren, Xiao-Yuan; Jiang, Cai-Ying; Wang, Jiang; Liu, Zi-Yang (2008). «Endohedral complex of fullerene C60 with tetrahedrane, C4H4@C60». J. Mol. Graph. Model.27: 558–562. doi:10.1016/j.jmgm.2008.09.010.
↑Maier, Günther; Boßlet, Friedrich (1972). «tert-Butyl-substituierte cyclobutadiene und cyclopentadienone [tert-Butyl-substituted cyclobutadienes and cyclopentadienones]». Tetrahedron Letters13 (11): 1025–1030. doi:10.1016/S0040-4039(01)84500-7.
↑Nakamoto, M.; Inagaki, Y.; Ochiai, T.; Tanaka, M.; Sekiguchi, A. (2011). «Cyclobutadiene to tetrahedrane: Valence isomerization induced by one-electron oxidation». Heteroatom. Chem.22: 412–416. doi:10.1002/hc.20699.
↑Sekiguchi, Akira; Tanaka, Masanobu (2003). «Tetrahedranyllithium: Synthesis, Characterization, and Reactivity». J. Am. Chem. Soc.125 (42): 12684–12685. doi:10.1021/ja030476t.