1-φθοροπεντάνιο

Από testwiki
Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Πρότυπο:Πληροφορίες χημικής ένωσης

To 1-φθοροπεντάνιο ή 1-πεντυλοφθορίδιο είναι ένα υγρό (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25 °C, P = 1 atm) αλκυλογονίδιο. Με βάση το χημικό τύπο του, C5H11F, έχει τα ακόλουθα επτά (7) ισομερές θέσης:

  1. 2-φθοροπεντάνιο.
  2. 3-φθοροπεντάνιο.
  3. 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.
  4. 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.
  5. 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.
  6. 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.
  7. Διμεθυλοφθοροπροπάνιο.

Ονοματολογία

Η ονομασία «φθοροπεντάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «πεντ-» δηλώνει την παρουσία πέντε (5) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το αρχικό πρόθεμα «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Τέλος, ο αρχικός αριθμός θέσης «1-», δηλώνει τον αριθμό θέσης του ατόμου του άνθρακα με το οποίο ενώνεται το άτομο του φθορίου, για να διαχωριστεί η ένωση από τις ισομερείς της 2-φθοροπεντάνιο και 3-φθοροπεντάνιο.

Μοριακή δομή

Δεσμοί[1]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp3-1s 109 pm 3% C- H+
C-C σ 2sp3-2sp3 154 pm
C-F σ 2sp3-2sp3 139 pm 43% C+ F-
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
F -0,43
H +0,03
C#1 +0,37
C#5 -0,09
C#2-#4 -0,06

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση πεντανίου παράγεται μίγμα 1-φθοροπεντανίου, 2-φθοροπεντανίου και 3-φθοροπεντανίου[2]:

CH3CH2CH2CH2CH3+F2UVaCH3CH2CH2CH2CH2F+bCH3CH2CH2CHFCH3+cCH3CH2CHFCH2CH3+HF

  • Όπου a + b + c = 1.
  • Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυφθοροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας πεντανίου.
  • Η μέθοδος δεν είναι χρήσιμη αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά δύσκολος διαχωρισμός.

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 1-πεντανόλη (CH3CH2CH2CH2CH2OH)[3]:

CH3CH2CH2CH2CH2OH+HFZnF2CH3CH2CH2CH2CH2F+H2O

  • Συνήθως το υδροφθόριο παρασκευάζεται επιτόπου με την αντίδραση:

2NaF+H2SO4Na2SO4+2HF

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε 1-χλωροπεντάνιο (CH3CH2CH2CH2CH2Cl)[4][5]:

2CH3CH2CH2CH2CH2Cl+Hg2F22CH3CH2CH2CH2CH2F+Hg2Cl2

Με προσθήκη 1-φθοροπροπανίου σε αιθένιο

Με προσθήκη 1-φθοροπροπάνιου σε αιθένιο παράγεται 1-φθοροπεντάνιο[6]::

CH2=CH2+CH3CH2CH2FCH3CH2CH2CH2CH2F

Με προσθήκη φθοραιθανίου σε κυκλοπροπάνιο

Με προσθήκη φθοραιθανίου σε κυκλοπροπάνιο παράγεται 1-φθοροπεντάνιο[7]:

κυκλοπροπάνιο +CH3CH2FCH3CH2CH2CH2CH2F

Με προσθήκη φθορομεθανίου σε κυκλοβουτάνιο

Με προσθήκη φθορομεθανίου σε κυκλοβουτάνιο παράγεται 1-φθοροπεντάνιο[8]:

κυκλοβουτάνιο +CH3FCH3CH2CH2CH2CH2F

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αντιδράσεις υποκατάστασης

  • Οι αντιδράσεις είναι πολύ πιο αργές σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλκυλαλογονίδια των άλλων αλογόνων, γιατί ο μηχανισμός που επικρατεί σ' αυτές τις αντιδράσεις υποκαταστάσεως είναι ο SN2.

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται 1-πεντανόλη (CH3CH2CH2CH2CH2OH)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+AgOHCH3CH2CH2CH2CH2OH+AgF

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλoπεντυλαιθέρα (CH3CH2CH2CH2CH2OR)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+RONaCH3CH2CH2CH2CH2OR+NaF

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH2CH2CH2CH2CH3). Π.χ.[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+RCCNaRCCCH2CH2CH2CH2CH3+NaF

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό πεντυλεστέρα (RCOOCH2CH2CH2CH2CH3)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+RCOONaRCOOCH2CH2CH2CH2CH3+NaF

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει εξανονιτρίλιο (CH3CH2CH2CH2CH2CN)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+NaCNCH3CH2CH2CH2CH2CN+NaF

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+RLiRCH2CH2CH2CH2CH3+LiF

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 1-πεντανοθειόλη (CH3CH2CH2CH2CH2SH)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+NaSHCH3CH2CH2CH2CH2SH+NaF

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλοπεντυλοθειαιθέρα (RSCH2CH2CH2CH2CH3)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+RSNaRSCH2CH2CH2CH2CH3+NaF

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδοπεντάνιο (CH3CH2CH2CH2CH2I)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+NaICH3CH2CH2CH2CH2I+NaF

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH3) σχηματίζει 1-πενταναμίνη (CH3CH2CH2CH2CH2NH2)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+NH3CH3CH2CH2CH2CH2NH2+HF

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH2) σχηματίζει N-αλκυλο-1-πενταναμίνη (RNHCH2CH2CH2CH2CH3)[9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+RNH2RNHCH2CH2CH2CH2CH3+HF

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-1-πενταναμίνη [R'N(CH2CH2CH2CH2CH3)R][9]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+R´NHRR´N(CH2CH2CH2CH2CH3)R+HF

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλοπεντυλαμμώνιο {[R'N(CH2CH2CH2CH2CH3)(R)R"]F}[10]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+R´N(R)R´´[R´N(CH2CH2CH2CH2CH3)(R)R´´]F

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 1-πεντανοφωσφαμίνη[11]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+PH3CH3CH2CH2CH2CH2PH2+HF

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO2) σχηματίζει 1-νιτροπεντάνιο (CH3CH2CH2CH2CH2NO2)[12]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+AgNO2CH3CH2CH2CH2CH2NO2+AgF

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 1-φαινυλοπεντάνιο:

PhH+CH3CH2CH2CH2CH2FAlF3PhCH2CH2CH2CH2CH3+HF

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει πεντυλολίθιο[13]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+2Li10oC|Et2O|CH3CH2CH2CH2CH2Li+LiF

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει 1-πεντυλομαγνησιοφθορίδιο [14]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+Mg|Et2O|CH3CH2CH2CH2CH2MgF

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH4) παράγεται πεντάνιο.[15]:

4CH3CH2CH2CH2CH2F+LiAlH44CH3CH2CH2CH2CH3+LiF+AlF3

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται πεντάνιο.[16]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+Zn+HClCH3CH2CH2CH2CH3+ZnClF

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται πεντάνιο[17]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+SiH4BF3CH3CH2CH2CH2CH3+SiH3F

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.[18]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+RSnH3CH3CH2CH2CH2CH3+RSnH2F

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 1-φθορεπτάνιο (CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2F)[19]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+CH2=CH2CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2F

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-φθορο-1-επτένιο (CH3CH2CH2CH2CH2CH=CHF)[20]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+HCCHCH3CH2CH2CH2CH2CH=CHF

3. Η αντίδραση του 1-φθοροπεντανίου με συζυγή αλκαδιένια αντιστοιχεί κυρίως σε 1,4-προσθήκη, αν και είναι επίσης δυνατές η 1,2-προσθήκη και η 3,4-προσθήκη, με τη χρήση κατάλληλων συνθηκών. Π.χ[21]:

RCH=CHCH=CH2+CH3CH2CH2CH2CH2FRCH2FCH=CHCH2CH2CH2CH2CH2CH3 (1,4-προσθήκη)
RCH=CHCH=CH2+CH3CH2CH2CH2CH2FRCH=CHCHFCH2CH2CH2CH2CH2CH3 (1,2-προσθήκη)
RCH=CHCH=CH2+CH3CH2CH2CH2CH2F12RCHFCH(CH2CH2CH2CH2CH3)CH=CH2+12RCH(CH2CH2CH2CH2CH3)CHFCH=CH2 (3,4-προσθήκη)

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1-φθοροκτάνιο[22]:

κυκλοπροπάνιο +CH3CH2CH2CH2CH2FCH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2F

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει πεντοξυ-2-φθοραιθάνιο[23]:

+CH3CH2CH2CH2CH2FFCH2CH2OCH2CH2CH2CH2CH3

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 1-φθοροπεντάνιο παράγεται 1-πεντένιο[24]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+NaOHROHCH3CH2CH2CH=CH2+NaF+H2O

Παρεμβολή καρβενίων

  • Τα καρβένια (π.χ. [:CH2]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμε[25]:

CH3CH2CH2CH2CH2F+CH3Cl+KOH311CH3CH2CH2CH2CH2CH2F+211CH3CH2CH2CH(CH3)CH2F+211CH3CH2CH(CH3)CH2CH2F+211(CH3)2CHCH2CH2F+211CH3CH2CH2CHFCH3+KCl+H2O

  • Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;
1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH2-H. Παράγεται 1-φθορεξάνιο.
2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#2H-H: Παράγεται 2-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο.
3. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#3H-H: Παράγεται 3-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο.
4. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#3H-H: Παράγεται 4-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο.
5. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#1H-H: Παράγεται 2-φθορεξάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 1-φθορεξάνιου ~27%, 2-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~18%, 3-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~18%, 4-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~18% και 2-φθορεξάνιου ~18%.

Σημειώσεις και αναφορές

  1. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  2. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.2.
  3. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.1, R = CH3CH2CH2CH2CH2, X = F.
  4. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.
  5. Πραγματοποιείται και με υποκατάσταση βρωμίου ή ιωδίου, αλλά πιο αργά και δύσκολα.
  6. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, για Ε = CH2CH2CH3 και Nu = F.
  7. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για κυκλοαλκάνια και για Ε = CH2CH3 και Nu = F σε συνδυασμό με Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §1.2., σελ. 22-25
  8. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για κυκλοαλκάνια και για Ε = CH3 και Nu = F σε συνδυασμό με Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §1.2., σελ. 22-25
  9. 9,00 9,01 9,02 9,03 9,04 9,05 9,06 9,07 9,08 9,09 9,10 9,11 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 186, §7.3.1.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 243, §10.2.Α, R = CH2CH2CH2CH2CH3, X = F.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.Α1, R = CH3CH2CH2CH2CH2, X = F.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244, §10.3.Α, R = CH2CH2CH2CH2CH3, X = F.
  13. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, §5.1. σελ.82
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.5, R = CH2CH2CH2CH2CH3, X = F.
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3α, R = CH2CH2CH2CH2CH3, X = F.
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β, R = CH2CH2CH2CH2CH3, X = F.
  17. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
  18. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.
  19. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, για Ε = CH3CH2CH2CH2CH2 και Nu = F.
  20. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκίνια και για Ε = CH3CH2CH2CH2CH2 και Nu = F με βάση και την §8.1, σελ. 114-116.
  21. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκαδιένια και για Ε = CH3CH2CH2CH2CH2 και Nu = F με βάση και την §8.2, σελ. 116-117.
  22. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για κυκλοαλκάνια και για Ε = CH3CH2CH2CH2CH2 και Nu = F σε συνδυασμό με Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §1.2., σελ. 22-25
  23. Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = F.
  24. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.
  25. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.

Πηγές

  • Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985

Πρότυπο:Οργανοαλογονίδια