立方烷

立方烷（C8H8）為人工合成的烷烴，又稱為五環辛烷，外觀為有光澤的晶體。八個碳原子對稱地排列在立方體的八個角上。此烷烴屬於柏拉圖烴的一種。立方烷於1964年由芝加哥大學的Dr. Philip Eaton與Thomas W. Cole首先合成。在他們合成出立方烷之前，人們曾一度認為其不可合成，因為碳碳鍵的鍵角均為90度，張力過大而不穩定。不過當此物質被合成出以後，人們發現它在動力學上很穩定。立方烷生成熱、密度等均很大，因而備受矚目。

基本介紹

• 中文名：五環辛烷
• 英文名：Cubane
• 別稱：五環
• 化學式：C8H8
• 分子量：104.15
• CAS登錄號：277-10-01
• 熔點：131℃
• 密度：1.29
• 外觀：無色晶體

簡介

1.化學名:五環辛烷

又稱五環[4.2.0.0^2.5.0^3,8.0^4,7]辛烷

2.英文名：cubane

(pentacyclo[4.2.0.0^2,5.0^3,8.0^4,7]octane)

3.分子式：C₈H₈

4.分子量：104.15；

5.熔點130~131℃

6.性狀及結構:無色晶體。它的八個碳原子位於立方體的頂點，互以單鍵相連，是一種籠形結構，張力很高的五縮環體系。八個碳原子對稱的排列在立方體的八個角上。 C原子以sp3雜化軌道成鍵，分子為非極性分子。 在催化劑作用下，容易發生異構化。

7.穩定性：對熱不穩定，200℃可分解。

8.製法：可以溴代環戊烯酮的二聚體經一系列複雜反應，最後從甲醇溶液中結晶析出；也可通過光化學反應合成；也可由環丁二烯與2,5-二溴對苯醌合成。

結構

立方烷分子結構為立方體型，8個頂角處各有一個碳原子，另各有一個氫原子與之相連。碳原子採用變形的sp3雜化，C-C鍵鍵長155.1pm，大於一般的碳碳單鍵。

合成路線

1964年的立方烷有機合成比較經典，其起始原料是2-環戊烯酮（即第一部分中的化合物1.1）：

在溶劑四氯化碳中，N-溴代丁二醯亞胺上的溴原子取代了2-環戊烯酮烯丙位上的氫，生成化合物1.2，然後在正戊烷-二氯甲烷混合溶劑中將其進一步溴化得到三溴代物1.3，後者再在乙醚中被二甲胺消除兩分子溴化氫便可得到2-溴代環戊二烯酮1.4。

在第二部分中，化合物2.1首先自發地二聚為2.2，這是一個迪爾斯-阿爾德反應，與環戊二烯二聚為雙環戊二烯較為相似。因為每個溴原子都需要與另一溴原子以及羰基保持最小的位阻，另外生成內型產物的過渡態中有次級軌道作用，所以這步反應只生成內型產物，這是後續步驟成功的前提。接著在溶劑苯中，用對甲苯磺酸催化，以乙二醇保護兩個羰基，使其成為縮酮。其中一個被保護的羰基在鹽酸水溶液的作用下會被選擇性去保護，而得到2.3。

第二部分：合成立方烷

在下一步中，內型產物2.3（兩個碳碳雙鍵較為接近）通過光化學[2+2]環加成反應形成了籠狀化合物2.4。在氫氧化鉀的作用下，α-溴代酮通過法沃斯基重排而縮環，轉變為羧酸2.5。隨後，在氯化亞碸的作用下將羧基轉為醯氯，後者與過氧化叔丁醇反應，在吡啶中生成了叔丁基過氧酯2.6。將2.6加熱後可進行脫羧反應變為2.7。同樣地，將另一個羰基去保護，得到2.8，然後以相同的手法通過法沃斯基重排得到2.9，再脫羧得到2.10與2.11，最後在甲醇溶液中析出結晶而得到產品。

反應

立方烷可以通過金屬離子催化的σ遷移反應轉變為楔形烷。