Norbornano

Norbornano
Formula di struttura del norbornano
Formula di struttura del norbornano
Modello a sfere e bastoncini del norbornano
Modello a sfere e bastoncini del norbornano
Nome IUPAC
Biciclo[2.2.1]eptano
Nomi alternativi
Norbornano
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC7H12
Massa molecolare (u)96,17
Aspettosolido bianco
Numero CAS279-23-2
Numero EINECS205-996-2
PubChem9233
SMILES
C1CC2CCC1C2
Proprietà chimico-fisiche
Solubilità in acquainsolubile
Coefficiente di ripartizione 1-ottanolo/acqua3,78
Temperatura di fusione85–88 °C (358-361 K)
Temperatura di ebollizione105 °C (378 K)
Indicazioni di sicurezza
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Il norbornano,[1] nome sistematico biciclo[2.2.1]eptano, è un idrocarburo saturo biciclico a gabbia avente formula molecolare C7H12.[2] Il composto deve il suo nome al bornano, un monoterpene, il quale ha in più tre sostituenti metilici e rappresenta lo scheletro carbonioso della canfora (1,1,7-trimetil-2-bornanone). Ancora da canfora deriva un altro nome dell'idrocarburo, norcanfano,[3] che a volte si trova menzionato in letteratura.[4] Il prefisso nor-, che sottintende «normal-», si riferisce in ogni caso alla rimozione dei sostituenti metilici dal bornano/canfano.[5]

La struttura dello scheletro carbonioso del norbornano è di interesse in chimica delle sostanze naturali, chimica biologica[6][7] e chimica farmaceutica.[8]

Proprietà e struttura

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Il norbornano è un bicicloalcano il cui scheletro molecolare corrisponde a quello dell'anello del cicloesano in conformazione a barca, con l'aggiunta di un ponte metilenico (−CH2−) che si congiunge alle posizioni assiali in 1 e 4.[9] Dal norbornano deriva il catione 2-norbornile (C7H11+), che è di preminente interesse teorico-scientifico in quanto carbocatione non classico.[10][11]

In condizioni normali il norbornano è un solido cristallino incolore (o polvere bianca), volatile, con un punto di fusione di 85–88 °C, e che come liquido bolle poco più in alto (105 °C)[12]; in acqua è praticamente insolubile, ma si scioglie, oltre che in altri idrocarburi, in acetone e in alcool.[13][14]

Il norbornano è un composto termodinamicamente stabile, ΔHƒ° = -95,0 ± 1,1 kJ/mol,[15] nonostante la sua struttura con angoli di legame non ottimali sia affetta da una certa tensione sterica: l'ammontare della conseguente destabilizzazione è stimata in 16,98 kcal/mol (71,0 kJ/mol).[16] Pur essendo un idrocarburo, il norbornano presenta un momento dipolare, seppur piccolo: μ = 0,15 D.[17]

Parametri strutturali

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Lo scheletro della molecola è una struttura a gabbia (3D) di simmetria C2v,[18] costituita da due teste di ponte[19] (C1, C4), entrambe collegate da due ponti biatomici (C2, C3) e (C5, C6), e un ponte monoatomico (C7). Da indagini combinate (diffrazione elettronica in fase gassosa, spettroscopia rotazionale nella regione delle microonde, spettroscopia infrarossa e Raman) sul norbornano sono stati ricavati i valori per le principali distanze di legame (r), ed angoli di legame (∠); sono riportati qui di seguito alcuni valori significativi che è stato possibile assegnare:[20]

r(C1–C2) = 153,04 pm, r(C2–C3) = 157,3 pm,r(C1–C7) = 154,6 pm, rmedia(C–C) = 154,8 pm;
r(C1–H) = 109,4 pm, rmedia(C–H) = 111,3 pm;
∠C1–C2–C3 = 102,71°, ∠C2–C1–C6 = 108,97°, ∠C1–C7–C4 = 93,41°;
angolo diedro tra i piani C1–C2–C3–C4 e C1–C6–C5–C4 = 113,1°.

Il legame C−H riportato ha lunghezza normale (109 pm); i legami C1–C2 e C1–C7 hanno lunghezze molto vicine al valore normale di 154 pm,[21] mentre il legame C2–C3, dove le due coppie di idrogeni sono necessariamente eclissate, è sensibilmente più lungo.[20] L'angolo C2–C1–C6 ha praticamente il valore atteso per l'ibridazione sp3 del carbonio (109,5°), tipica di un idrocarburo saturo; quello C1–C2–C3 è invece piuttosto stretto al confronto e soprattutto l'angolo sull'atomo di carbonio apicale (C7) è tanto più stretto rispetto ai 109,5°; tutto questo è alla base della tensione sterica riscontrata.[22]

Sintesi

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Il norbornano venne preparato inizialmente per riduzione della norcanfora (2-norbornanone).[23] Il composto può anche essere ottenuto per idrogenazione dei composti insaturi correlati norbornene e norbornadiene.[24]

Il norbornano non è considerato pericoloso secondo le direttive 67/548/EEC o 1999/45/EC.

Note

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  1. ^ Norbornane, su chemeurope.com. URL consultato il 16 gennaio 2024.
  2. ^ John McMurry, Organic Chemistry, 8ª ed., Cengage Learning, 2012, pp. 130-131, ISBN 978-0-8400-5444-9.
  3. ^ DIZIONARIO ITALIANO OLIVETTI, su dizionario-italiano.it. URL consultato il 30 gennaio 2024.
  4. ^ Koji Nakanishi, Toshio Goto e Sho Ito, Natural products chemistry. 1, Kodansha [u.a.] Academic Press, Inc., 1974, p. 40, ISBN 978-0-12-513901-4, LCCN 74-6431.
  5. ^ nor- - Treccani, su Treccani. URL consultato il 30 gennaio 2024.
  6. ^ Kōji Nakanishi, Natural products chemistry, collana Kodansha scientific books, Kodansha Academic Press, 1974, ISBN 978-0-12-513901-4.
  7. ^ Lewis N. Mander e Hung-wen Liu, Comprehensive natural products II: chemistry and biology, Elsevier Science, 2010, ISBN 978-0-08-045382-8.
  8. ^ G. Buchbauer, S. Esterer e C. Cermak, [Norbornane compounds in pharmaceutical research], in Die Pharmazie, vol. 38, n. 3, 1983-03, pp. 151–169. URL consultato il 16 gennaio 2024.
  9. ^ Michael B. Smith e Jerry March, March's advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure, Eighth edition, Wiley, 2020, p. 196, ISBN 978-1-119-37180-9.
  10. ^ (EN) Mark Peplow2013-07-10T00:00:00+01:00, The nonclassical cation: a classic case of conflict, su Chemistry World. URL consultato il 10 settembre 2023.
  11. ^ (EN) George A. Olah, G. K. Surya Prakash e Martin Saunders, Conclusion of the classical-nonclassical ion controversy based on the structural study of the 2-norbornyl cation, in Accounts of Chemical Research, vol. 16, n. 12, 1º dicembre 1983, pp. 440–448, DOI:10.1021/ar00096a003. URL consultato il 16 gennaio 2024.
  12. ^ norbornane, su stenutz.eu. URL consultato il 9 febbraio 2023.
  13. ^ Norbert Adolph Lange e John Aurie Dean, Lange's handbook of chemistry, 15ª ed., McGraw-Hill, 1998, ISBN 978-0-07-016384-3.
  14. ^ NORBORNANE CAS#: 279-23-2, su chemicalbook.com. URL consultato il 10 settembre 2023.
  15. ^ (EN) Norbornane, su webbook.nist.gov. URL consultato il 10 settembre 2023.
  16. ^ Joseph F. Chiang, Raymond Chiang e K. C. Lu, The molecular structure of norbornene as determined by electron diffraction and microwave spectroscopy, in Journal of Molecular Structure, vol. 41, n. 1, 1º ottobre 1977, pp. 67–77, DOI:10.1016/0022-2860(77)80041-0. URL consultato il 10 settembre 2023.
  17. ^ norbornane, su stenutz.eu. URL consultato il 16 gennaio 2024.
  18. ^ Experimental data for C7H12 (Norbornane), su Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase.
  19. ^ Illustrated Glossary of Organic Chemistry - Bridgehead, su chem.ucla.edu. URL consultato il 30 gennaio 2024.
  20. ^ a b (EN) L. Doms, L. Van den Enden e H. J. Geise, Structure determination of gaseous norbornane by electron diffraction, microwave, Raman, and infrared spectroscopy. Molecular mechanics and ab initio calculations with complete geometry relaxation, in Journal of the American Chemical Society, vol. 105, n. 2, 1983-01, pp. 158–162, DOI:10.1021/ja00340a002. URL consultato il 30 gennaio 2024.
  21. ^ J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, Piccin, 1999, pp. A-25 - A-33, ISBN 88-299-1470-3.
  22. ^ (EN) Peter R. Khoury, John D. Goddard e William Tam, Ring strain energies: substituted rings, norbornanes, norbornenes and norbornadienes, in Tetrahedron, vol. 60, n. 37, 2004-09, pp. 8103-8112, DOI:10.1016/j.tet.2004.06.100. URL consultato l'11 agosto 2020.
  23. ^ (DE) G. Komppa e Siegfried Beckmann, Der Grundkörper der Camphergruppe, das Bicyclo-[1.2.2]-heptan, und die stereoisomeren Norborneole, in Naturwissenschaften, vol. 22, n. 11, 1º marzo 1934, pp. 171–171, DOI:10.1007/BF01496254. URL consultato il 10 settembre 2023.
  24. ^ (EN) V. V. Zamalyutin, E. A. Katsman e A. V. Ryabov, Kinetic Model and Mechanism of Hydrogenation of Unsaturated Carbocyclic Compounds Based on Norbornadiene, in Kinetics and Catalysis, vol. 63, n. 2, 1º aprile 2022, pp. 234–242, DOI:10.1134/S0023158422020136. URL consultato il 16 gennaio 2024.

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