Οξετάνιο

Το οξετάνιο (αγγλικά oxetane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, με μοριακό τύπο C₃H₆O, αν και συνήθως παριστάνεται με το γραμμικό τύπο του, . Είναι ένας ετεροκυκλικός αιθέρας. Το χημικά καθαρό οξετάνιο στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι υγρό. Το μόριό του αποτελείται από έναν τετραμελή δακτύλιο, με ένα (1) άτομο οξυγόνου και τρία (3) άτομα άνθρακα.

Ισομέρεια

Με βάση χημικό τύπο του (C₃H₆O) έχει τα ακόλουθα οκτώ (8) ισομερή θέσης:

1. Προπανάλη, με μοριακό τύπο CH₃CH₂CHO.
2. Προπανόνη, με μοριακό τύπο CH₃COCH₃.
3. 1-προπεν-1-όλη, με μοριακό τύπο CH₃CH=CHOH, σε δύο (2) γεωμετρικά ισομερή. Αποτελεί έλασον ταυτομερές της προπανάλης.
4. 2-προπεν-1-όλη ή αλλυλική αλκοόλη, με μοριακό τύπο CH₂=CHCH₂OH.
5. (1-)-προπεν-2-όλη, με μοριακό τύπο CH₃C(OH)=CH₂. Αποτελεί έλασον ταυτομερές της προπανόνης.
6. Βινυλομεθυλαιθέρας, με μοριακό τύπο CH₂=CHOCH₃.
7. Κυκλοπροπανόλη, με γραμμικό τύπο .
8. Μεθυλοξιράνιο, με γραμμικό τύπο .

«Μητρικό» και «θυγατρικά» οξετάνια

Το οξετάνιο είναι η «μητρική ένωση» για μια σειρά «θυγατρικών» του παραγώγων , που μαζί με τη «μητρική ένωση», ονομάζονται συλλήβδην «οξετάνια».

Παραγωγή

1. Μια τυπική και καλά μελετημένη μέθοδος παραγωγής οξετανίου είναι η επίδραση υδροξειδίου του καλίου σε αιθανικό 3-χλωροπροπυλεστέρα, στους 150 °C:

$\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{K}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}$

2. Εναλλακτικά, μπορεί να παραχθεί και με φωτοχημική 2+2 αντίδραση Πατέρνο-Μπούχι (Paternò-Büchi-Reaktion), μεταξύ αιθενίου και μεθανάλης:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\stackrel{UV}{\to }$

Δομή και φασματοσκοπικές ιδιότητες

Το μόριο του οξετανίου είναι επίπεδο (και περίπου) ρομβικό, ως προς C-C-C-O. Οι πλευρές του μετρήθηκαν C-O: 145 pm και C-C: 155 pm. Οι γωνίες του μετρήθηκαν COC = 92°, CCO = 84°, CCC = 100°. Η επιπεδότητα του οξετανίου, σε αντίθεση με το πτυχωμένο κυκλοβουτάνιο, αποδίδεται στο σχετικά μειωμένο απωθητικό αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των ατόμων υδρογόνων των μεθυλενικών του ομάδων (εξαιτίας της έλξης τους από το άτομο του οξυγόνου). Στη φάσματα φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR spectroscopy) τα α-μεθυλενικά άτομα υδρογόνου συντονίζονται σε 4,7 δ, ενώ τα β-μεθυλενικά σε 2,7 δ.

Χημική συμπεριφορά

Το οξετάνιο έχει ανάλογη συμπεριφορά με το οξιράνιο, αλλά οι αντιδράσεις του πρώτου με πυρηνόφιλα αντιδραστήρια απαιτούν πιο έντονες συνθήκες. Αντίθετα, με ηλεκτρονιόφιλα αντιδραστήρια η κυκλοπροσθήκη γίνεται ευκολότερα. Το οξετάνιο χρησιμοποιείται σε αντιδράσεις ανοικοδόμησης του ανθρακικού σκελετού κατά τρία (3) άτομα άνθρακα. Παραδείγματα

Αντίδραση με θειόλες

Το οξετάνιο αντιδρά με θειόλες (RSH), παράγοντας 3-αλκυλοθειο-1-προπανόλη:

$\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{S}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{R}\mathrm{S}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}$

Αντίδραση με αρένια

Το οξετάνιο αντιδρά με αρένια (A_rH), παρουσία τριχλωριούχου αργιλίου, παράγοντας 3-αρυλο-1-προπανόλη:

$\mathrm{+}{\mathrm{A}}_{\mathrm{r}}\mathrm{H}\stackrel{AlC{l}_3}{\to }{\mathrm{A}}_{\mathrm{r}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}$

Πακλιταξέλιο

Το πακλιταξέλιο περιέχει οξετανικό δακτύλιο στα δεξιά.

Το πακλιταξέλιο (Taxol) είναι ένα παράδειγμα φυσικού προϊόντος που περιέχει έναν οξετανικό δακτύλιο. Το παλιτοξέλιο έχει γίνει μεγάλο επίκεντρο έρευνας ανάμεσα στους ερευνητές, εξαιτίας της ασυνήθιστης δομής του και της επιτυχούς εμπλοκής του στη θεραπεία του καρκίνου. Ο οξετανικός δακτύλιος, που περιέχει, αποτελεί μια σημαντική ομάδα της ένωσης, που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση των μικροσωληνίσκων στη δομική συγγένεια, αλλά ωστόσο ελάχιστα είναι γνωστά για τον τρόπο με τον οποίο η αντίδραση καταλύεται στη φύση, γεγονός που δημιουργεί μια πρόκληση για τους επιστήμονες που προσπαθούν να συνθέσουν αυτό το προϊόν.

Πηγές πληροφόησης

1. Παπαγεωργίου, Β.Π., Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 2005, ISBN 960-260-342-7
2. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
3. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982
4. Αναστάσιου Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
5. Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ Έκδοση Θεσσαλονίκη 1991
6. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985
7. Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη, «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ, θεσσαλονίκη 1983
8. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Φαίδωνα Χατζημηχαλάκη, «Εργαστηριακός Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1986
9. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη: «Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985
10. Διαδικτυακοί τόποι που αναφέρονται στις «Αναφορές και παρατηρήσεις».