Octanitrocubano
Octanitrocubano | ||
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Nombre IUPAC | ||
Octanitrocubane | ||
General | ||
Otros nombres | ONC | |
Fórmula semidesarrollada | C8N8O16 | |
Fórmula estructural | C8(NO2)8 | |
Fórmula molecular | ? | |
Identificadores | ||
Número CAS | 99393-63-2[1] | |
Propiedades físicas | ||
Densidad | 1980 kg/m³; 1,98 g/cm³ | |
Masa molar | 464,13 g/mol | |
Compuestos relacionados | ||
cubano | cubano | |
Heptanitrocubano | heptanitrocubano | |
Valores en el SI y en condiciones estándar (25 ℃ y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. | ||
El octanitrocubano es un sólido blanco, estable (temperatura de descomposición mayor 200 °C[2]), moderadamente soluble en hexano y soluble en solventes orgánicos polares.
Historia
[editar]El octanitrocubano se sintetizó por primera vez en 1999 en la Universidad de Chicago, el equipo de Philip E. Eaton y Mao-Xi Zhang en colaboración con Richard Gilardi del Naval Resaerch Laboratory en Washington D. C..[2] Eaton había sido el primero en sintetizar el hidrocarburo cubano en 1964.
Propiedades
[editar]La molécula tiene un esqueleto de ocho átomos de carbono que forman un cubo. Cada átomo de carbono está unido a otros tres átomos de carbono y a un grupo nitro. Es un derivado del hidrocarburo cubano, donde todos los átomos de hidrógeno, ocho, han sido sustituidos por un grupo nitro; esto lo convierte en uno de los pocos compuestos de la química orgánica que no contiene hidrógeno.
Se caracteriza por ser un compuesto altamente energético; su velocidad de detonación es de 9,90 km·s-1 mientras que la reacción de descomposición es altamente exotérmica, dada la formación de doce moles gaseosos:[2] (véase ecuaciones de Kamlet-Jacobs).
- C8(NO2)8 = 8 CO2 + 4 N2; ΔHrxn = – 3475 kJ/mol
La presión de detonación es de 489 kbar o 482,60 atm,[3] la cual es un 24 y 40 por ciento mayor a la de HMX y RDX respectivamente. La temperatura de explosión es de 5800 °C y el volumen de gas 611 dm³/kg o 283,5 dm³/mol.[4]
La densidad calculada oscila entre 2,135 y 2,137 g/cm³, mientras que el dato experimental por difracción de rayos X es de 1,979 g/cm³. Esta gran diferencia se puede explicar a partir de la existencia de polimorfismos en la red cristalina, siendo el compuesto analizado uno de menor empacamiento.[5]
Algunos parámetros estructurales calculados experimentalmente (rayos X) y a través de modelos moleculares (RHF y B3LYP).[5][6]
Rayos X | RHF | B3LYP | |
---|---|---|---|
C – C | 1,561 | 1,551 | 1,564 |
C – N | 1,478 | 1,461 | 1,482 |
N – O | 1,204 | 1,183 | 1,220 |
Rayos X | RHF | B3LYP | |
---|---|---|---|
O – N – O | 128,0 | 129,1 | 128,9 |
N – C – C | 136,2 | 137,8 | 137,4 |
Algunas propiedades electromagnéticas:[7]
- Afinidad electrónica = 3,43 eV.
- Energía de ionización = 10,54 eV.
- Energía orbital LUMO = – 5,35 eV.
- Energía orbital HOMO = – 8,60 eV.
Factores como la gran entalpía de descomposición y las altas estabilidad y densidad predicen, según las ecuaciones de Kamlet-Jacobs, que este compuesto es un explosivo muy potente. No obstante, las diferentes rutas de síntesis son complejas y están lejos de poder ser aplicadas para una producción a gran escala.
Síntesis
[editar]Aunque se prevé que el octanitrocubano sea uno de los explosivos más eficaces, la dificultad de su síntesis inhibe el uso práctico. La síntesis de Philip Eaton fue larga y difícil, y se requiere cubano (algo ya de por sí dificultoso) como punto de partida. Como resultado, el octanitrocubano es más caro en peso que el oro.[8] Un camino propuesto para su síntesis es la ciclotetramerización del dinitroacetileno, aún por concretar y que es presumiblemente inestable.[9]
Véase también
[editar]Referencias
[editar]- ↑ Número CAS
- ↑ a b c P. E. Eaton, M. Zhang, R. Gilardi, N. Gelber, S. Iyer, R. Surapaneni. Octanitrocubane: A new nitrocarbon. Propellants, Explosives & Pyrotechnics 27, 1 – 6 (2002).
- ↑ «Copia archivada». Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 24 de junio de 2012.
- ↑ Oktanitrokuban, polynitrokubany. «Copia archivada» (en cz). Archivado desde el original el 9 de marzo de 2011. Consultado el 24 de junio de 2012.
- ↑ a b D. A. Hrovat, W. T. Borden, P. E. Eaton, and B. Kahr. "A computational study of the interactions among the nitro groups in octanitrocubane", J. Am. Chem. Soc. 123, 1289 – 1293 (2001)
- ↑ http://www.fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/lib-www/la-pubs/00319493.pdf
- ↑ J. Kortus, M. R. Pederson, S. L. Richardson. "Density functional-based prediction of the electronic, structural, and vibrational properties of the energetic molecule: octanitrocubane". Chem. Phys. Lett. 322, 224 – 230 (2000)
- ↑ http://www.wiley-vch.de/books/sample/3527302409_c01.pdf
- ↑ «Copia archivada». Archivado desde el original el 13 de abril de 2013. Consultado el 24 de junio de 2012.
Bibliografía
[editar]- M. Zhang, P. E. Eaton, R. Gilardi. Hepta- and Octanitrocubanes. Angew. Chem. Int. Ed. 39, 401 – 404 (2000).
- K. A. Lukin, J. Li, P.E. Eaton, N. Kanomata, J. Hain, E. Punzalan, R. Gilardi. Synthesis and chemistry of 1,3,5,7-tetranitrocubane including measurements of its acidity, formation of o-nitro anions, and the first preparations of pentanitrocubane and hexanitrocubane. J. Am. Chem. Soc. 119, 9591 – 9602 (1997).
- P. E. Eaton, Y. Xiong, R. Gilardi. Systematic substitution on the cubane nucleus. Synthesis and properties of 1,3,5-trinitrocubane and 1,3,5,7-tetranitrocubane. J. Am. Chem. Soc. 115, 10195 – 10202 (1993).
- K. A. Lukin, J. Li, P. E. Eaton. Direct metalation of 1,3,5,7-tetranitrocubane with amides of tin and lead. Preparation and chemistry of o-nitrostannanes and o-nitroplumbanes in the cubyl series. J. Org. Chem. 62, 8490 – 8496 (1997).