環戊二烯

環戊二烯
Skeletal formula of cyclopentadiene	Spacefill model of cyclopentadiene
	系統名; Cyclopenta-1,3-diene; 1,3-環戊二烯
別名	茂
識別
縮寫	CPD, HCp
CAS號	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
性質
化學式	C5H6
摩爾質量	66.1 g·mol−1
外觀	無色液體
密度	786 mg cm-3
熔點	-90 °C（183 K）
沸點	39-43 °C（312-316 K）
pKa	16
pKb	-2
結構
分子構型	平面型
熱力學
S⦵298K	182.7 J K-1 mol-1
熱容	115.3 J K-1 mol-1
危險性
	歐盟危險性符號; 易燃 F 有害 Xn 危害環境N
警示術語	R：R11-R20/22-R36/37/38-R51/53
安全術語	S：S2-S36/37-S61
	GHS危險性符號;
GHS提示詞	危險
H-術語	225-301-311-332-371
閃點	25 °C
MAK	不固定
相關物質
相關碳氫化合物	苯、環丁二烯
相關化學品	二聚環戊二烯
	若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

環戊二烯（英語：cyclopentadiene），有時會稱為茂^{[註 1]}化氫（CpH）^{[來源請求]}^{[註 2]}，是五個碳的環狀二烯烴，分子式為C₅H₆。環戊二烯室溫下為無色液體，具有強烈的刺激性氣味。在室溫時會發生狄爾斯-阿爾德反應，迅速聚合生成二聚環戊二烯，二聚體加熱又可分解為環戊二烯。環戊二烯不溶於水，易溶於乙醚、苯等溶劑。環戊二烯基可以簡寫為Cp。

製備及相關反應

環戊二烯製備時通常與二聚物混合在一起，並且可以相互轉化。工業上，從煤焦油（約10-20g/t）和石腦油（約14kg/t）^[4]蒸汽裂解而來^[5]。

σ遷移重排

環戊二烯結構中發生的[1,5]-σ氫遷移非常迅速 ^[6]，其單取代衍生物如C₅H₅E(CH₃)₃（E= Si, Ge, Sn）的遷移更加迅速，甚至難以分離出其不同的立體異構體，進行相關的反應時也可能因此得到許多異構體混合的產物。

Diels-Alder反應

環戊二烯是一種典型、活性的D-A反應二烯體^[7]。環戊二烯在室溫下會自發的發生Diels-Alder反應形成二聚體，單體在-20 °C時可以保存數日^[4]。

去質子化

環戊二烯有一定酸性（pK_a = 16），這可以用去質子化後得到高穩定性的芳香族環戊二烯陰離子Cp⁻來解釋。去質子化反應可以使用氫化鈉、金屬鈉和丁基鋰來進行，得到的陰離子鹽如環戊二烯基鈉、環戊二烯基鋰可以用於製備茂基配合物。

茂金屬

茂金屬與相關的環戊二烯基衍生物的研究較多，因為其穩定性也成為了重要和代表性的有機金屬化合物。二茂鐵是最早被表徵出來的茂金屬，也因其結構被稱為夾心配合物。此類衍生物可以通過環戊二烯的陰離子鹽與過渡金屬鹵化物在THF中反應製備^[9] ^[10]：

NiCl₂ + 2 NaC₅H₅ → Ni(C₅H₅)₂ + 2 NaCl

由環戊二烯和環戊二烯陰離子組合而成的夾心配合物也已經被製備得到，二茂銠衍生物（(η⁴-環戊二烯)( η⁵-環戊二烯基)銠(I)）是其代表，可以由硼氫化鈉在乙醇水溶液中還原Rh(C₅H₅)₂衍生物得到^[11]^[12]。

有機合成

1982年，Leo Paquette（英語：Leo Paquette）使用環戊二烯作為原料成功合成了正十二面體烷 ^[13]：

用途

環戊二烯可以作為合成茂金屬及其衍生物的前體，也可以用於合成橡膠，主要的商業用途是作為共聚單體和有機合成中間體。環戊二烯可以與烯烴發生Diels-Alder反應，得到的衍生物用途廣泛，如與乙烯加成得到降冰片烯。環戊二烯鹵代後得到的六氯環戊二烯是殺蟲劑、農藥、阻燃劑、染料的前體。

備註

^ 字源自以戊代五，慣用「艹」作為有機化合物偏旁。
^ 然而茂化氫即不是離子化合物也不是雜環化合物，不具有芳香性。

參見

外部連結

International Chemical Safety Card 0857 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

參考文獻

^ 1,3-cyclopentadiene - Compound Summary. PubChem Compound. USA: National Center for Biotechnology Information. 16 September 2004 [8 October 2011]. （原始內容存檔於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（英語：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 （德語）.
^ 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，慣用「艹」作為有機化合物偏旁。

[5] 然而茂化氫即不是離子化合物也不是雜環化合物，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]. （原始內容存檔於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（英語：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 （德語）.

[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.

[1]

[2]

[3]

[註 1]

[註 2]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

閱論編輪烯
偶數烯	環丁二烯苯環辛四烯環癸五烯環十二碳六烯環十四碳七烯環十六碳八烯［18］輪烯
奇數烯	環丙烯環戊二烯環庚三烯環壬四烯
斜體標志的化合物為芳香性

閱論編環烯烴
單烯烴	環丙烯環丁烯環戊烯環己烯環庚烯環辛烯環壬烯環癸烯
二烯烴	環丁二烯環戊二烯環己二烯 1,3-環己二烯 1,4-環己二烯環庚二烯 1,3-環庚二烯 1,4-環庚二烯環辛二烯 1,5-環辛二烯
多烯烴	苯環庚三烯環辛四烯三蝶烯環壬四烯