环戊二烯

环戊二烯
Skeletal formula of cyclopentadiene	Spacefill model of cyclopentadiene
	系统名; Cyclopenta-1,3-diene; 1,3-環戊二烯
别名	茂
识别
缩写	CPD, HCp
CAS号	542-92-7
PubChem	7612
ChemSpider	7330
SMILES	C1C=CC=C1;
InChI	1/C5H6/c1-2-4-5-3-1/h1-4H,5H2;
InChIKey	ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYAI
Beilstein	471171
Gmelin	1311
EINECS	208-835-4
ChEBI	30664
RTECS	GY1000000
MeSH	1,3-cyclopentadiene
性质
化学式	C5H6
摩尔质量	66.1 g·mol−1
外观	无色液体
密度	786 mg cm-3
熔点	-90 °C（183 K）
沸点	39-43 °C（312-316 K）
pKa	16
pKb	-2
结构
分子构型	平面型
热力学
S⦵298K	182.7 J K-1 mol-1
热容	115.3 J K-1 mol-1
危险性
	欧盟危险性符号; 易燃 F 有害 Xn 危害环境N
警示术语	R：R11-R20/22-R36/37/38-R51/53
安全术语	S：S2-S36/37-S61
	GHS危险性符号;
GHS提示词	危险
H-术语	225-301-311-332-371
闪点	25 °C
MAK	不固定
相关物质
相关碳氢化合物	苯、环丁二烯
相关化学品	二聚环戊二烯
	若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

环戊二烯（英語：cyclopentadiene），有时会称为茂^{[註 1]}化氢（CpH）^{[來源請求]}^{[註 2]}，是五个碳的环状二烯烃，分子式为C₅H₆。环戊二烯室温下为无色液体，具有强烈的刺激性气味。在室温时会发生狄尔斯-阿尔德反应，迅速聚合生成二聚环戊二烯，二聚体加热又可分解为环戊二烯。环戊二烯不溶于水，易溶于乙醚、苯等溶剂。环戊二烯基可以简写为Cp。

制备及相关反应

试管中的环戊二烯，置于冰水中。

环戊二烯制备时通常与二聚物混合在一起，并且可以相互转化。工业上，从煤焦油（约10-20g/t）和石脑油（约14kg/t）^[4]蒸汽裂解而来^[5]。

σ迁移重排

环戊二烯结构中发生的[1,5]-σ氢迁移非常迅速 ^[6]，其单取代衍生物如C₅H₅E(CH₃)₃（E= Si, Ge, Sn）的迁移更加迅速，甚至难以分离出其不同的立体异构体，进行相关的反应时也可能因此得到许多异构体混合的产物。

Diels-Alder反应

环戊二烯是一种典型、活性的D-A反应二烯体^[7]。环戊二烯在室温下会自发的发生Diels-Alder反应形成二聚体，单体在-20 °C时可以保存数日^[4]。

去质子化

环戊二烯有一定酸性（pK_a = 16），这可以用去质子化后得到高稳定性的芳香族环戊二烯阴离子Cp⁻来解释。去质子化反应可以使用氢化钠、金属钠和丁基锂来进行，得到的阴离子盐如环戊二烯基钠、环戊二烯基锂可以用于制备茂基配合物。

茂金属

[(η⁵-C₅H₅)Rh(η⁴-C₅H₆)]是一种18电子的、拥有复合哈普托数的二茂铑衍生物^[8]。

茂金属与相关的环戊二烯基衍生物的研究较多，因为其稳定性也成为了重要和代表性的有机金属化合物。二茂铁是最早被表征出来的茂金属，也因其结构被称为夹心配合物。此类衍生物可以通过环戊二烯的阴离子盐与过渡金属卤化物在THF中反应制备^[9] ^[10]：

NiCl₂ + 2 NaC₅H₅ → Ni(C₅H₅)₂ + 2 NaCl

由环戊二烯和环戊二烯阴离子组合而成的夹心配合物也已经被制备得到，二茂铑衍生物（(η⁴-环戊二烯)( η⁵-环戊二烯基)铑(I)）是其代表，可以由硼氢化钠在乙醇水溶液中还原Rh(C₅H₅)₂衍生物得到^[11]^[12]。

有机合成

1982年，Leo Paquette（英语：Leo Paquette）使用环戊二烯作为原料成功合成了正十二面体烷 ^[13]：

环戊二烯合成正十二面体烷。

用途

环戊二烯可以作为合成茂金属及其衍生物的前体，也可以用于合成橡胶，主要的商业用途是作为共聚单体和有机合成中间体。环戊二烯可以与烯烃发生Diels-Alder反应，得到的衍生物用途广泛，如与乙烯加成得到降冰片烯。环戊二烯卤代后得到的六氯环戊二烯是杀虫剂、农药、阻燃剂、染料的前体。

备注

^ 字源自以戊代五，惯用“艹”作为有机化合物偏旁。
^ 然而茂化氢即不是离子化合物也不是杂环化合物，不具有芳香性。

参见

外部連結

International Chemical Safety Card 0857 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards （页面存档备份，存于互联网档案馆）

参考文献

^ 1,3-cyclopentadiene - Compound Summary. PubChem Compound. USA: National Center for Biotechnology Information. 16 September 2004 [8 October 2011]. （原始内容存档于2012-02-02）.
^ Valery I. Faustov, Mikhail P. Egorov, Oleg M. Nefedov and Yuri N. Molin. Ab initio G2 and DFT calculations on electron affinity of cyclopentadiene, silole, germole and their 2,3,4,5-tetraphenyl substituted analogs : structure, stability and EPR parameters of the radical anions. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2 (19): 4293–4297. doi:10.1039/b005247g.
^ Record of CAS RN 542-92-7 in the GESTIS Substance Database from the IFA（英语：Institute for Occupational Safety and Health）.
^ ^4.0 ^4.1 Hönicke, Dieter; Födisch, Ringo; Claus, Peter; Olson, Michael, Cyclopentadiene and Cyclopentene, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005
^ Moffett, Robert Bruce (1962). "Cyclopentadiene and 3-Chlorocyclopentene". Org. Synth.; Coll. Vol. 4: 238.
^ Streitwieser, A.; Heathcock, C. H.; Kosower, E. M. Introduction to Organic Chemistry 4th. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. 1998.
^ Levandowski, Brian; Houk, Ken. Theoretical Analysis of Reactivity Patterns in Diels–Alder Reactions of Cyclopentadiene, Cyclohexadiene, and Cycloheptadiene with Symmetrical and Unsymmetrical Dienophiles.. J. Org. Chem. 2015, 80 (7): 3530–3537. PMID 25741891. doi:10.1021/acs.joc.5b00174.
^ Fischer, E. O.; Wawersik, H. Über Aromatenkomplexe von Metallen: LXXXVIII. Über Monomeres und Dimeres Dicyclopentadienylrhodium und Dicyclopentadienyliridium und Über Ein Neues Verfahren Zur Darstellung Ungeladener Metall-Aromaten-Komplexe [On aromatic complexes of metals: LXXXVIII. On monomeric and dimeric dicyclopentadienylrhodium and dicyclopentadienyliridium, and a new method to represent uncharged metal–aromatic complexes]. J. Organomet. Chem. 1966, 5 (6): 559–567. doi:10.1016/S0022-328X(00)85160-8 （德语）.
^ Girolami, G. S.; Rauchfuss, T. B.; Angelici, R. J. Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry. Mill Valley, CA: University Science Books. 1999. ISBN 0-935702-48-2.
^ Jolly, W. L. The Synthesis and Characterization of Inorganic Compounds. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. 1970. ISBN 0-13-879932-6.
^ Green, M. L. H.; Pratt, L.; Wilkinson, G. 760. A New Type of Transition Metal–Cyclopentadiene Compound. Journal of the Chemical Society. 1959: 3753–3767. doi:10.1039/JR9590003753.
^ Kolle, U.; Grub, J. Permethylmetallocene: 5. Reactions of Decamethylruthenium Cations. J. Organomet. Chem. 1985, 289 (1): 133–139. doi:10.1016/0022-328X(85)88034-7.
^ Paquette, L. A.; Wyvratt, M. J. Domino Diels–Alder reactions. I. Applications to the rapid construction of polyfused cyclopentanoid systems. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96 (14): 4671–4673. doi:10.1021/ja00821a052.

[4] 字源自以戊代五，惯用“艹”作为有机化合物偏旁。

[5] 然而茂化氢即不是离子化合物也不是杂环化合物，不具有芳香性。

[1] 1,3-cyclopentadiene - Compound Summary. PubChem Compound. USA: National Center for Biotechnology Information. 16 September 2004 [8 October 2011]. （原始内容存档于2012-02-02）.

[2] Valery I. Faustov, Mikhail P. Egorov, Oleg M. Nefedov and Yuri N. Molin. Ab initio G2 and DFT calculations on electron affinity of cyclopentadiene, silole, germole and their 2,3,4,5-tetraphenyl substituted analogs : structure, stability and EPR parameters of the radical anions. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2 (19): 4293–4297. doi:10.1039/b005247g.

[GESTIS-3] Record of CAS RN 542-92-7 in the GESTIS Substance Database from the IFA（英语：Institute for Occupational Safety and Health）.

[Ullmann-6] 4.0 ^4.1 Hönicke, Dieter; Födisch, Ringo; Claus, Peter; Olson, Michael, Cyclopentadiene and Cyclopentene, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005

[7] Moffett, Robert Bruce (1962). "Cyclopentadiene and 3-Chlorocyclopentene". Org. Synth.; Coll. Vol. 4: 238.

[8] Streitwieser, A.; Heathcock, C. H.; Kosower, E. M. Introduction to Organic Chemistry 4th. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. 1998.

[9] Levandowski, Brian; Houk, Ken. Theoretical Analysis of Reactivity Patterns in Diels–Alder Reactions of Cyclopentadiene, Cyclohexadiene, and Cycloheptadiene with Symmetrical and Unsymmetrical Dienophiles.. J. Org. Chem. 2015, 80 (7): 3530–3537. PMID 25741891. doi:10.1021/acs.joc.5b00174.

[10] Fischer, E. O.; Wawersik, H. Über Aromatenkomplexe von Metallen: LXXXVIII. Über Monomeres und Dimeres Dicyclopentadienylrhodium und Dicyclopentadienyliridium und Über Ein Neues Verfahren Zur Darstellung Ungeladener Metall-Aromaten-Komplexe [On aromatic complexes of metals: LXXXVIII. On monomeric and dimeric dicyclopentadienylrhodium and dicyclopentadienyliridium, and a new method to represent uncharged metal–aromatic complexes]. J. Organomet. Chem. 1966, 5 (6): 559–567. doi:10.1016/S0022-328X(00)85160-8 （德语）.

[11] Girolami, G. S.; Rauchfuss, T. B.; Angelici, R. J. Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry. Mill Valley, CA: University Science Books. 1999. ISBN 0-935702-48-2.

[12] Jolly, W. L. The Synthesis and Characterization of Inorganic Compounds. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. 1970. ISBN 0-13-879932-6.

[green-1959-13] Green, M. L. H.; Pratt, L.; Wilkinson, G. 760. A New Type of Transition Metal–Cyclopentadiene Compound. Journal of the Chemical Society. 1959: 3753–3767. doi:10.1039/JR9590003753.

[14] Kolle, U.; Grub, J. Permethylmetallocene: 5. Reactions of Decamethylruthenium Cations. J. Organomet. Chem. 1985, 289 (1): 133–139. doi:10.1016/0022-328X(85)88034-7.

[15] Paquette, L. A.; Wyvratt, M. J. Domino Diels–Alder reactions. I. Applications to the rapid construction of polyfused cyclopentanoid systems. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96 (14): 4671–4673. doi:10.1021/ja00821a052.

[註 1]

[註 2]

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