Кіріспе
Гипотетикалық органикалық молекула тетраэдрлік құрылыммен. Тетраэдран – химиялық формуласы C4H4 және тетраэдрлік құрылымға ие гипотетикалық платондық көмірсутек. Молекула айтарлықтай бұрыштық деформацияға ұшырайды және 2023 жылға дейін синтезделген жоқ. Дегенмен, оның бірнеше туындылары алынған. Көбірек жалпылама мағынада, тетраэдрандар термині бір-біріне ұқсас құрылымы бар молекулалар мен иондар класын сипаттау үшін қолданылады, мысалы, ақ фосфор.
Tetrahedrane is a hypothetical platonic hydrocarbon with chemical formula |C4H4 and a tetrahedral structure. The molecule would be subject to considerable angle strain and has not been synthesized as of 2023. However, a number of derivatives have been prepared. In a more general sense, the term tetrahedranes is used to describe a class of molecules and ions with related structure, e. g. white phosphorus.
Органикалық тетраэдрлер
1978 жылы Гюнтер Майер тетра-трет-бутил тетраэдран дайындады. Көлемді трет-бутил (t Bu) топтары тетраэдран ядросын қоршап тұрады. Майер ядродағы байланыстардың үзілуіне бөгет қойылатынын болжады, себебі бұл топтарды бір-біріне жақындатады (корсет эффектісі), нәтижесінде Ван дер Ваальс кернеуі туындайды. Тетраэдран – мүмкін болатын платоникалық көмірсутектердің бірі және IUPAC атауы трицикло[1.1.0.02,4]бутан. Орны толтырылмаған тетраэдран (|C4H4) әлі күнге дейін табылмады, бірақ ол кинетикалық тұрақты болады деп күтілуде. Бір стратегия зерттелді (бірақ әзірге сәтсіз аяқталды) – пропенді атомдық көміртекпен реакцияға түсіру. Тетраэдран молекуласын фуллерен ішіне жасыру әзірге тек компьютерлік модельдеуде ғана жүзеге асырылды. Байланыс кернеуі мен стехиометриясының арқасында тетранитротетраэдран жоғары тиімді энергетикалық материал (жарылғыш) ретінде перспективалы. Кейбір қасиеттері кванттық-химиялық әдістермен есептелді.
Тетра-терт-бутилтетраэдран
Бұл қосылыс алғаш рет алькиннің t Bu алмастырылған малейлік ангидридпен циклоқосылуы арқылы синтезделді, содан кейін көмірқышқыл газын бөліп шығару арқылы циклопентадиенонға және оның бромиленуіне қайта құру жүргізілді, одан кейін төртінші t Bu тобы қосылды. Циклопентадиенонның көміртек тотығының фотохимиялық хелетроптық жойылуы мақсатты өнімді береді. Тетра-терт-бутилтетраэдранды қыздыру тетра-терт-бутилциклобутадиенді береді. Синтез қысқа және қарапайым болып көрінсе де, Майердің өзінің айтуынша, күрделі реакциялардың өтуі үшін қажетті жағдайларды әзірлеуге бірнеше жылдық мұқият байқаулар мен оңтайландырулар қажет болды. Мысалы, трис(t-бутил)бромциклопентадиеноннан (өзінің синтезі өте қиын болған) тетракис(t-бутил)циклопентадиенон синтезі үшін жұмыс жағдайларын табуға 50-ден астам әрекеттер қажет болды. Синтез жұмысының бір ретроспективасында "таңғажайып табандылық пен тәжірибелік шеберлік" қажет екені айтылды. Стереохимия бойынша классикалық анықтамалық еңбекте авторлар "көрсетілген салыстырмалы түрде қарапайым схема [ ] бастапқы материалдың шектеулі қолжетімділігін және әр қадам үшін қажетті жағдайларды анықтауға жұмсалған еңбектің мол көлемін жасырады" деп атап өтті. Соңында, кеңейтілген синтез ойлап табылды, онда соңғы қадам циклопропенилді алмастырылған диазометанның фотолизі болды, ол тетракис(терт-бутил)циклобутадиен арқылы қажетті өнімді береді: Бұл тәсіл тетраэдран мен циклобутадиеннің бір-біріне айналуға болатындығын пайдаланды (алға бағыттағы ультракүлгін сәулелендіру, кері бағыттағы жылу).
Тетракис ((триметилсилил) тетраэдран
Тетракис(триметилсилил)тетраэдранды циклобутадиен прекурсорын трис(пентафторфенил)боранмен өңдеу арқылы алуға болады және ол терт-бутил аналогына қарағанда әлдеқайда тұрақты. Кремний-көміртек байланысы көміртек-көміртек байланысынан ұзын болғандықтан, корсет эффектісі азаяды. Терт-бутил тетраэдран 135 °C температурада балқып, циклобутадиенге өзгерумен бірге жүреді, ал 202 °C температурада балқитын тетракис(триметилсилил)тетраэдран 300 °C температураға дейін тұрақты, содан кейін бис(триметилсилил)ацетиленге ыдырайды. Тетраэдран қаңқасы «банан» байланыстарынан құралған, сондықтан көміртек атомдарының s-орбитальдық сипаттамасы жоғары. ЯМР деректерінен sp-гибридтеуді анықтауға болады, бұл әдетте үш байланыстарға тән. Осының салдарынан байланыс ұзындығы 152 пикометрге дейін ерекше қысқа болады. Тетракис(триметилсилил)тетраэдранды метиллитиймен реакцияластыру тетраэдраниллитийді береді. Осы литий қосылысымен жүзеге асырылатын байланыс реакциялары кеңейтілген құрылымдарға әкеледі. Бис(тетраэдран) да хабарланған. Бұл байланыс 143,6 пм-мен тіпті қысқарақ. Кәдімгі көміртек-көміртек байланысының ұзындығы 154 пм құрайды.
Көміртекті емес өзектері бар тетраэдрлер
Тетразилат-тетраэдрде төрт кремний атомынан тұратын ядро бар. Стандартты кремний-кремний байланысы әлдеқайда ұзын (235 пм), ал қосқап тағы да тұрақтылықты қамтамасыз ететін жалпы 16 триметилсилил тобымен қапталған. Силатетрахедранды калий графитімен тетразилатетрахедранид калий туындысына дейін тотықтыруға болады. Бұл қосылыста қосқаптың кремний атомдарының бірі силил тобын жоғалтып, теріс зарядқа ие. Калий катионын тәж эфирімен бөліп алуға болады, ал нәтижесіндегі кешенде калий мен силил анионы 885 пм арақашықтығымен бөлінеді. Si–Si байланыстарының бірі енді 272 пм, ал осы байланыстағы тетравалентті кремний атомының тетраэдрлі геометриясы инверттік. Сонымен қатар, төрт қосқап кремний атомы ЯМР уақыт шкаласында силил топтарының қосқап үстінде миграциялауына байланысты эквивалентті. Көміртек тетраэдр қосылысы үшін байқалған димеризациялық реакция тетразилат тетраэдр үшін де қолданылады. Бұл тетраэдрде қосқап төрт «суперсилил» тобымен қорғалған, онда кремний атомының 3 трет-бутил тобы бар. Димер пайда болмайды, бірақ иодты бензолда реакцияға түсіргеннен кейін, три-трет-бутилсилаанионмен реакция нәтижесінде сегіз мүшелі кремний кластерлік қосылыс пайда болады, оны |Si2 гантель (ұзындығы 229 пм және тетраэдрлі геометрияның инверсиясымен) екі дерлік параллель |Si3 сақинасының арасында орналасқан деп сипаттауға болады. 8 мүшелі кластерлерде, осы көміртек тобындағы, қалайы |Sn8R6 және германий |Ge8R6 кластер атомдары кубтың төбелерінде орналасқан.
Органикалық емес және органикалық металл тетраэдрлер
Тетраэдрлік мотив химияда кеңінен кездеседі. Ақ фосфор (P4) және сары сынап (As4) соның мысалы. Көптеген металл карбонил кластерлері тетраэдрандар деп аталады, мысалы, тетрародий додекакарбонил. Циклопропил трианионымен қапталған бір металл (немесе фосфор атомы) бар металлтетраэдрандар да бар.