thumb|Figuur 1. Als tetrahedraan zou bestaan, dan was dit de structuur van de verbinding.
Tetrahedraan is een van de platonische koolwaterstoffen met de molecuulformule C4H4 en een tetraëdrische moleculaire geometrie. De systematische IUPAC-naam is tricyclo[1.1.0.02,4]butaan. De grote hoekspanning, de bindingshoek tussen de koolstofatomen is 60° in plaats van de normale waarde van 109,5°, voorkomt dat het molecuul buiten het laboratorium kan ontstaan.
Het lukte Günther Maier in 1978 een stabiel tetrahedraan te maken. Vier tert-butylgroepen, aan elk koolstofatoom één, voorkwamen dat het molecuul reacties kon aangaan. Deze grote substituenten liggen op de hoeken van een regelmatig viervlak. Deze tetrahedraankern van atomen op een viervlak op zich is reactief. Bindingen in het centrale deel van het molecuul kunnen in dit geval niet worden verbroken, omdat daardoor de substituenten dichter tegen elkaar worden gedrukt wat tot een hoge vanderwaalsspanning leidt. De stabilisatie wordt ook wel als het korseteffect omschreven.
Stabiele tetrahedraanderivaten Tetrakis(trimethylsilyl)tetrahedraan thumb|Figuur 2. Tetrakis(trimethylsilyl)tetrahedraan is opmerkelijk stabiel
In Tetrakis(trimethylsilyl)tetrahedraan zijn de tert-butylgroepen door trimethylsilylgroepen vervangen. Opmerkelijk genoeg is deze verbinding stabieler dan het tert-butylanalogon. De covalente silicium-koolstofbinding is langer dan de koolstof-koolstofbinding, waardoor het korseteffect vermindert. Anderzijds is de trimethylsilylgroep een sigma donor wat de vergrote stabiliteit van de tetrahedraankern verklaart. Terwijl tert-butyl gesubstitueerde tetrahedraan bij 135 °C smelt, en tegelijkertijd de omlegging naar het cyclobutadieen begint, smelt de trimethylsilylverbinding pas bij 202 °C en is hij tot 300 °C stabiel. Bij deze temperatuur ontleed de verbinding naar de uitgangsstof bis(trimethylsilyl)ethyn.
In de tetrahedraankern van het molecuul komen banaanbindingen voor. De binding naar de substituent heeft daardoor een hoog s-orbitaalkarakter, wat normaal gesproken alleen in de acetylenen voorkomt. Uit met kernspinresonantie NMR gemeten waarden kan een sp-hybridisatie worden afgeleid. Het gevolg is dat de bindingslengte een ongebruikelijk lage waarde heeft, maar 152 pm. De laatste ontwikkeling in de organische synthese is de bereiding en karakterisering van het tetrahedraandimeer. Dat wordt in de figuur hieronder geïllusreerd. De verbinding tussen de twee delen van het molecuul is maar 143,6 pm, kort voor een enkele koolstof-koolstofbinding die normaal 154 pm lang is. De bindingslengte komt zelfs in het bereik dat ook voor een aantal aromatische verbindingen geldt, bijvoorbeeld in naftaleen.
figuur 3: synthese van Tetrakis(trimethylsilyl)tetrahedraane en het dimeer
Tetrasilatetrahedraan In tetrasilatetrahedraan zijn de koolstofatomen in de kern van het molecuul door silicium vervangen. De normale silicium-siliciumbinding is veel langer, 235 pm, en de tetrahedraankern is opnieuw ingepakt, nu in vier tristrimethylsilylsilylgroepen. Hierdoor wordt de verbinding thermisch stabiel. Het silatetrahedraan kan met kaliumgrafiet worden gereduceerd tot het kaliumzout van tetrasilatetrahedranide. In deze verbinding heeft een van de siliciumatomen van de kern zijn substituent verloren en draagt een negatieve lading. Het kaliumion kan in een kroonether worden opgesloten. In het resulterende complex zijn het kaliumion en het silylanion gescheiden door een afstand van 885 pm. Een van de Si−–Si-bindingen heeft nu een lengte van 272 pm en het siliciumatoom de geometrie van een omgekeerd viervlak. De vier siliciumatomen zijn op de tijdschaal waarop de NMR werkt equivalent door de snelle uitwisseling van de substituenten langs de atomen van de tetrahedraankooi.
700px|Tetrasilatetrahedraan
Er is ook geprobeerd de dimerisatiereactie zoals die voor het koolstof-tetrahedraan is beschreven uit te voeren. In dit geval wordt de tetrahedraankern door vier super silyl groepen beschermd. Het dimeer kon niet worden geïsoleerd, wel werd een reactie gevonden met jood in benzeen waarbij het ontstane product een reactie met het anion van tri(tert-butyl)silaan geeft waarbij een verbinding met een cluster van acht siliciumatomen ontstaat.
660px|silicon cluster compound
Deze waarneming komt niet overeen met die welke voor andere leden uit de koolstofgroep van het periodiek systeem zijn gedaan. Bij tin Sn8R6 en germanium Ge8R6 bevinden deze zich op de hoekpunten van de kubus, de structuur lijkt daarmee het meest op cubaan.
Categorie:Cycloalkaan