Propadiene

Il propadiene (detto originariamente^[2] e anche tuttora allene)^[3][4] è un idrocarburo che ha formula condensata CH₂=C=CH₂. È il più semplice diene appartenente alla classe degli alleni,^[5] caratterizzati dalla presenza di due doppi legami C-C adiacenti (cumulati),^[6] i quali alleni da esso hanno preso il nome.^[7]

Propadiene
Nome IUPAC
propadiene
Nomi alternativi
allene 1,2-propadiene
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	C3H4
Massa molecolare (u)	40,065
Aspetto	gas incolore
Numero CAS	463-49-0
Numero EINECS	207-335-3
PubChem	10037
SMILES	C=C=C
Proprietà chimico-fisiche
Densità (kg·m−3, in c.s.)	1,824
Indice di rifrazione	1,4168
Solubilità in acqua	insolubile
Coefficiente di ripartizione 1-ottanolo/acqua	1,45
Temperatura di fusione	-136,3 °C (136,85 K)
Temperatura di ebollizione	-34,4 °C (238,75 K)
Indicazioni di sicurezza
Limiti di esplosione	1,9-17% V
Simboli di rischio chimico
pericolo
Frasi H	220 - 280
Consigli P	210 - 410+403 [1]

Un isomero dell'allene, leggermente più stabile, è il metilacetilene (propino), uno ciclico, alquanto meno stabile è il ciclopropene.^[8]

L'allene è stato trovato nell'atmosfera di Titano (satellite di Saturno) nel 2019^[9] e si stima che sia presente nel mezzo interstellare ma, dato che la molecola non ha momento dipolare, finora non è stato possibile rivelarlo.^[10]

Etimologia

Il nome «allene» deriva da all(il)- + -ene (il suffisso tipico per designare insaturazione^[11]), nel senso di allile insaturo.^[2][12]

Reattività

Il propadiene si trova in equilibrio tautomerico con il propino, con un'energia di attivazione stimata di 64 kcal/mol e rispetto al quale risulta sfavorito:^[8]

${\displaystyle {\ce {CH#C-CH3 <=> CH2=C=CH2}}}$

Per questo equilibrio, K_eq = 0,1 a 5 °C e 0,22 a 270 °C.

Proprietà e struttura molecolare

L'allene è un composto termodinamicamente instabile, la sua formazione da carbonio e idrogeno (a 25 °C) è alquanto endotermica, ΔH_ƒ° = +189,95 kJ/mol.^[13] È anche leggermente meno stabile del suo isomero strutturale metilacetilene (CH₃−C≡CH), ΔH_ƒ° = +185,4 kJ/mol.^[14]

In condizioni ambiente l'allene è un gas incolore, molto infiammabile, solubile in benzene e etere di petrolio, ma praticamente insolubile in acqua.^[15][16]

Nella molecola, l'atomo di carbonio centrale dell'allene forma due legami σ e due legami π ed è quindi ibridato sp,^[4] per cui l'angolo con cui esso si lega ai due carboni terminali è di 180º; questi ultimi, avendo tre legami σ e un legame π, sono ibridati sp². Pertanto, ogni gruppo CH₂ è planare, ma i piani in cui giacciono questi due gruppi sono tra loro perpendicolari perché i due legami π del C centrale sono formati dai suoi due orbitali p, che formano un angolo di 90° tra di loro.^[17][18] La simmetria risultante della molecola è D_2d.^[19]

Da indagini spettroscopiche rotazionali nella regione delle microonde è stato possibile ricavare lunghezze (r) ed angoli di legame (∠):^[20]

r(C−H) = 108,7 pm; r(C=C) = 130,8 pm;

∠(HCH) = 118,2°; ∠(HCC) = 120,9°.

I legami C-H hanno lunghezza praticamente uguale al valore normale per un C(sp²)−H, che è di 108 pm. I legami C=C risultano anch'essi di lunghezza normale rispetto allo standard di C(sp)=C(sp²), che è di 131 pm,^[21] ma sono apprezzabilmente più corti che nell'etilene (133,9 pm)^[22] e la differenza è da ascrivere alla differente ibridazione del carbonio centrale, con maggior carattere s.

L'angolo HCH è leggermente più stretto del valore ideale di 120° per l'ibridazione sp², ma il lieve restringimento si deve al fatto che il doppio legame occupa più spazio angolare rispetto a un legame semplice, come suggerito dal modello VSEPR,^[23] e si osserva anche nell'etilene, dove l'angolo HCH è di 117,6°.^[22]

Chiralità

Un allene sostituito, nel caso in cui i due sostituenti che formano ciascuna coppia siano tra loro diversi (del tipo ${\displaystyle {\ce {BAC = C =C BA}}}$ ), è un esempio in cui è presente un asse stereogenico: gli alleni così sostituiti sono perciò molecole chirali.^[24] Se nella molecola sono presenti più doppi legami cumulati, i cumuleni risultanti possono essere chirali solo se essi sono in numero pari.