Ciclopropano
# Ciclopropano

Il ciclopropano è un idrocarburo ciclico formato da tre atomi di carbonio e da sei atomi di idrogeno $(C_3H_6)$ o $(CH_2)_3,$ da cui il vecchio nome di trimetilene datogli dallo scopritore A. Freund nel 1882. È una molecola di simmetria elevata $(D_{3h})$ ed il più semplice dei cicloalcani. L'anello è il più piccolo possibile: questo e la tensione che ne deriva (vide infra) fa del ciclopropano una molecola di notevole interesse teorico e determina inoltre una particolare reattività, con la possibilità di apertura dell'anello stesso e quindi della rottura di un legame C–C.

A temperatura ambiente è un gas incolore facilmente liquefacibile, dall'odore idrocarburico dolce, molto infiammabile. Alcuni suoi derivati rivestono importanza in campo biologico e biochimico. È stato usato come anestetico.

## Struttura e proprietà

Il ciclopropano, pur essendo cineticamente stabile, è un composto endotermico: $ΔH_ƒ°$ = +39,30 kJ/mol; infatti, riscaldato ad alta temperatura (450-500 °C), si isomerizza a propene (meno endotermico, $ΔH_ƒ°$ = +20,41 kJ/mol) e i meccanismi di questa reazione sono stati esaminati in dettaglio; se la stessa è operata con nichel metallico come catalizzatore, la reazione procede già a partire da 120 °C, mentre per l'analoga reazione del ciclobutano occorrono 200 °C.

Con un'indagine di diffrazione elettronica in fase gassosa è stato possibile determinare per il ciclopropano le lunghezze di legame C-C, (150,1 pm) e queste risultano minori della lunghezza C-C standard negli alcani, che è di 154 pm; la lunghezza dei legami C-H è di 108,3 pm, lievemente minore del normale (109 pm); gli angoli ∠HCH, di 114,5°, risultano maggiori del valore atteso per l'ibridazione $sp^3$ (109,5°) e sono maggiori che nel $CH_2$ nel propano (106,1°), che è il corrispondente idrocarburo a catena aperta.

## Tensione angolare e torsionale

I tre atomi di carbonio del ciclo giacciono nei vertici di un triangolo equilatero, ma gli angoli di 60° che necessariamente ne risultano si allontanano notevolmente dall'angolo di legame ideale (109,5°) del carbonio ibridato $sp^3;$ ciò genera una forte tensione angolare, la quale comporta il piegamento dei legami C-C verso l'esterno (banana bonds), indebolendoli. Tutti gli atomi di idrogeno sono poi necessariamente tenuti in posizione eclissata (angolo diedro HCCH = 0°) e ciò dà luogo a tensione torsionale (o di eclissamento), la quale invece può essere parzialmente evitata nel ciclobutano non esattamente planare.

La somma di queste due tensioni (angolare e torsionale) costituisce la tensione d'anello, cui corrisponde un surplus di energia potenziale nella molecola e quindi una sua minore stabilità. Tale destabilizzazione ammonta a 27,5 kcal/mol (~9,2 kcal/mol per atomo C), appena maggiore di quella del ciclobutano (26,5 kcal/mol, ma solo 6,6 kcal/mol per atomo C).

Tutto questo si riflette in un comportamento chimico che differisce dai cicloalcani con anelli ad almeno cinque termini o superiori. Questo si evidenzia, in particolare, in una certa facilità a subire reazioni di apertura dell'anello tramite reazioni di addizione: addizione di $H_2$ (idrogenazione catalitica) a dare propano, addizione di acidi alogenidrici HX ed anche di alogeni $X_2$ per dare derivati a catena aperta: alogenuri di 1-propile e 1,3-dialogenopropano, rispettivamente; ancora, addizione di acqua in ambiente acido, per dare n-propanolo. In tali reazioni il ciclopropano viene in parte ad assomigliare al comportamento degli alcheni. Differisce però da questi ultimi nei riguardi dell'ossidabilità a freddo: con permanganato diluito o con ozono non reagisce.

### Ciclopropile

Il ciclopropile $(ciclo-C_3H_5–),$ come sostituente, è un gruppo funzionale che assomiglia al vinile nella sua capacità di stabilizzare un radicale o un carbocatione adiacenti: in questo senso il ciclopropilmetile è spesso paragonato all'allile o al benzile. Attraverso indagini di RMN e altri studi, a proposito del carbocatione ciclopropilmetile $[(ciclo-C_3H_5)–CH_2^+]$ , si trova che l'orbitale p vuoto presente sul C cationico ibridato $sp^2$ giace parallelo al piano dell'anello triatomico (omoconiugazione, conformazione bisecata) e che questa la disposizione è analoga a quella che si ha nella coniugazione di un anello ciclopropanico con un doppio legame adiacente.

## Sintesi

* Sintesi di Wurtz:

Questa reazione può avvenire anche con altri alogenuri alchilici bi-sostituiti (1,3-dicloro propano, ad esempio) e può essere catalizzata anche da altri metalli (ad esempio lo zinco).

* Addizione di carbene agli alcheni:

In realtà $CH_2N_2$ è una molecola di diazometano, composto che in presenza di luce genera il carbene $(^.CH_2^.),$ che è un radicale con due elettroni spaiati. Quest'ultimo è capace di inserirsi nel doppio legame formando il ciclo.

## Reazioni

* Combustione:
* Idrogenazione a dare il propano:
* Trattamento con acidi alogenidrici (HCl,HBr,HI) a dare l'alogenuro alchilico corrispondente:
