Il Ciclobutadiene ha formula C4H4 e fu sintetizzato per la prima volta dopo molti tentativi nel 1965.
E’ una molecola che è stabile al temperature inferiori a 35K, mentre tende a dimerizzare a temperature superiori.
E’ stato possibile sintetizzare composti tetrasostituiti del ciclobutadiene con sostituenti molto ingombranti come Per-trimetilsililciclobutadiene , ma essi si decompongono in presenza di ossigeno. Si conoscono anche complessi metallici del butadiene.
Il Per-trimetilsililciclobutadiene si troverebbe in equilibrio tra due strutture, una di singoletto a struttura rettangolare e l’altra di tripletto a struttura quadrata. Il gap di energia è 13.9 ± 0.8 kcal/mol a 350K. comporgchem
Poiché a 4 elettroni su orbitali di tipo P è sicuramente una molecola antiaromatica perché nella sua prima struttura teorica elaborata presenterebbe due elettroni spaiati su orbitali P di non legame.
La molecola si troverebbe così in uno stato di tripletto, fortemente instabile e si deforma a raggiungere la forma geometrica di un rettangolo e non di un quadrato.
A differenza del benzene quindi i legami non hanno tutti la stessa lunghezza e quindi gli elettroni non sono perciò delocalizzati.
La forma rettangolare è consistente con l’esistenza di due isomeri di valenza del 1,2-dideutero-1,3-ciclobutadiene.
Ciclobutadiene: struttura teorica di una molecola antiaromatica
Il ciclobutadiene risulta avere 4n elettroni Pgreca ed è quindi una molecola antiaromatica secondo la teoria di Huckel di cui qui presentiamo il diagrammma orbitalico.
Si trova ad avere due elettroni spaiati su due orbitali Pgreca. Ha un periodo di vita di 5 secondi allo stato libero. Sono stabili alcuni composti con metalli del ciclobutadiene, come pure il derivato che è legato a 4 gruppi terzButilici che ha una struttura distorta e con doppi legami più lunghi del normale.
Gli orbitali LUMO sono gli orbitali molecolari non occupati a più bassa energia; mentre HOMO sono gli orbitali molecolari occupati a più alta energia. Sono in pratica gli orbitali che definiscono la reattività di una molecola. Per delocalizzato si intende l’orbitale molecolare Pgreca che si estende su tutti i centri.
Il ciclobutadiene dimerizza molto facilmente secondo la reazione di Diels Alder alla temperatura di 35K.
in cui si può notare la struttura distorta dei legami.