Il ciclopropano è il più piccolo cicloalcano il cui anello è costituito da tre atomi di carbonio ibridati sp3 avente formula C3H6 ed è quindi un isomero del propene.
Fu sintetizzato per la prima volta dal chimico austriaco August Freund nel 1881 trattando l’1.3-dibromopropano con sodio metallico.
Proprietà
Il ciclopropano è un gas incolore con un odore simile a quello del petrolio facilmente infiammabile i cui vapori sono più pesanti dell’aria.
Il ciclopropano è un gas esplosivo che fu usato dal 1934 come anestetico.
Si presenta molto reattivo in quanto nell’anello è presente una forte tensione angolare: infatti la struttura triangolare del cicloalcano impone un angolo di 60° mentre l’angolo di legame del carbonio ibridato sp3 è di 109.5°. Inoltre quando gli atomi di idrogeno si trovano in una conformazione eclissata l’anello è soggetto anche a una tensione torsionale. Il ciclopropano è inoltre soggetto a una tensione sterica dovuta all’interazione repulsiva tra atomi molto vicini nello spazio.
Struttura
Pur essendo una molecola planare in quanto per tre punti passa un piano il legame tra gli atomi di carbonio è descritto in termini di legame piegato quindi la sovrapposizione tra due orbitali ibridi sp3 appartenenti a due atomi di carbonio adiacenti è meno efficace e i legami carbonio-carbonio sono più deboli
Tale tipo di legame piegato è detto banana bond in quanto per la sua geometria ricorda la forma di una banana
I derivati del ciclopropano possono essere ottenuti tramite un processo detto di ciclopropanazione.
Sintesi
Vi sono molti metodi per convertire gli alcheni in derivati del ciclopropano usando un carbene ovvero una molecola neutra in cui il carbonio è legato a due gruppi e ha un doppietto elettronico solitario ed ha formula generale :CR2. Poiché i carbeni sono estremamente reattivi si preferisce usare un carbenoide.
La reazione di ciclopropanazione attualmente più usata è quella di Simmons-Smith in cui un alchene viene convertito in un derivato del ciclopropano facendo uso di un carbenoide metallico del tipo I-CH2-Zn-I.
La ciclopropanazione delle olefine può essere effettuata anche usando sali di diazonio come il diazometano secondo la reazione di Kishner. Nel primo stadio si forma una pirazolina che per decomposizione termica in presenza di KOH e di platino quale catalizzatore dà luogo alla denitrogenazione con formazione del ciclopropano.
Il ciclopropano, contrariamente agli omologhi superiori, è particolarmente reattivo quindi dà una serie di reazioni comprese quelle che danno luogo all’apertura dell’anello.
Reazioni
1) L’alogenazione in presenza di luce porta alla formazione di un ciclopropano alogenato tramite una sostituzione radicalica,:
C3H6 + Cl2 → C3H5Cl+ HCl
2) L’alogenazione in assenza di luce dà luogo all’apertura dell’anello con ottenimento di un dialogenuro alchilico:
C3H6 + Cl2 → ClCH2CH2CH2Cl
3) L’idrogenazione catalitica a 120°C in presenza di un catalizzatore come Nichel Raney dà luogo alla formazione di propano:
C3H6 + H2 → CH3CH2CH3
4) Dalla reazione tra ciclopropano e un acido alogenidrico si ottiene un alogenuro alchilico:
C3H6 + HCl → CH3CH2CH2Cl
5) La reazione di combustione del ciclopropano fornisce 2091 kJ/mol
2 C3H6 + 9 O2 → 6 CO2 + 6 H2O