3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο

Από testwiki
Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Πρότυπο:Πληροφορίες χημικής ένωσης

To 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο ή 3-μεθυλο-1-βουτυλοφθορίδιο είναι ένα αλκυλογονίδιο. Με βάση το χημικό τύπο του, C5H11F, έχει τα ακόλουθα επτά (7) ισομερές θέσης:

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

Ονοματολογία

Η ονομασία «3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα ανά κύρια αλυσίδα 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 πρόθεμα «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Το αρχικό πρόθεμα «μεθυλο-» δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης ενός ατόμου άνθρακα. Ο 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 την ισομερή της 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο. Για το αρχικό πρόθεμα επίσης χρειάζεται ο αριθμός θέσης 3-, γιατί και η θέση #2 είναι διαθέσιμη και επομένως δεν εννοείται. Τέλος το πρόθεμα μέθυλο- προτάσσεται του προθέματος φθορο-, γιατί μ < φ, σύμφωνα με την ελληνική αλφαβητική σειρά. Σημειώνεται ότι η αγγλόφωνη ονομασία της ένωσης είναι 1-fluoro-3-methylbutane, γιατί σύμφωνα με την αγγλική αλφάβητο είναι f < m. Σημειώνεται ακόμη, ότι η αρίθμηση της κύριας ανθρακικής αλυσίδας αρχίζει από την πλευρά του ατόμου του φθορίου, γιατί θεωρείται σημαντικότερο υποκατάστατο από το μεθύλιο. Άλλωστε η σωστή αρίθμηση, 1 για το φθόριο και 3 για το μεθύλιο, δίνει άθροισμα μικρότερο από τη λανθασμένη, 4 για το φθόριο και 2 για το μεθύλιο, αφού 1 + 3 = 4 < 6 = 4 + 2.

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#4,#1΄ -0,09
C#2 -0,06
C#3 -0,03

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση μεθυλοβουτάνιου παράγεται μίγμα 3-μεθυλο-1-φθοροβουτανίου, 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιου, 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιου και 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιου[2]:

CH3CH2CH(CH3)2+F2UVaCH3CH2CH(CH3)CH2F+bCH3CH2CF(CH3)2+cCH3CHFCH(CH3)3+d(CH3)2CHCH2CH2F+HF

  • Όπου a + b + c + d = 1.
  • Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυφθοροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας μεθυλοβουτανίου.
  • 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 3-μεθυλο-1-βουτανόλη ((CH3)2CHCH2CH2OH)[3]:

(CH3)2CHCH2CH2OH+HFZnF2(CH3)2CHCH2CH2F+H2O

  • Συνήθως το υδροφθόριο παρασκευάζεται επιτόπου με την αντίδραση:

2NaF+H2SO4Na2SO4+2HF

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε 3-μεθυλο-1-χλωροβουτάνιο ((CH3)2CHCH2CH2Cl)[4][5]:

2(CH3)2CHCH2CH2Cl+Hg2F22(CH3)2CHCH2CH2F+Hg2Cl2

Με προσθήκη 2-φθοροπροπανίου σε αιθένιο

Με προσθήκη 2-φθοροπροπάνιου σε αιθένιο παράγεται 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο[6]::

CH2=CH2+CH3CHFCH3(CH3)2CHCH2CH2F

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 3-μεθυλο-1-βουτανόλη ((CH3)2CHCH2CH2OH)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+AgOH(CH3)2CHCH2CH2OH+AgF

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει 1-αλκοξυ-3-μεθυλοβουτάνιο ((CH3)2CHCH2CH2OR)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+RONa(CH3)2CHCH2CH2OR+NaF

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH2CH2CH(CH3)2). Π.χ.[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+RCCNaRCCCH2CH2CH(CH3)2+NaF

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό (3-μεθυλοβουτυλ)εστέρα (RCOOCH2CH2CH(CH3)2)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+RCOONaRCOOCH2CH2CH(CH3)2+NaF

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει 4-μεθυλοπεντανονιτρίλιο ((CH3)2CHCH2CH2CH2CN)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+NaCN(CH3)2CHCH2CH2CN+NaF

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+RLiRCH2CH2CH(CH3)2+LiF

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 3-μεθυλο-1-βουτανοθειόλη ((CH3)2CHCH2CH2SH)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+NaSH(CH3)2CHCH2CH2SH+NaF

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει 1-αλκυλοθειο-2-μεθυλοβουτάνιο (RSCH2CH2CH(CH3)2)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+RSNa(CH3)2CHCH2CH2SR+NaF

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδο-3-μεθυλοβουτάνιο ((CH3)2CHCH2CH2I)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+NaI(CH3)2CHCH2CH2I+NaF

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH3) σχηματίζει 3-μεθυλο-1-βουταναμίνη ((CH3)2CHCH2CH2NH2)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+NH3(CH3)2CHCH2CH2NH2+HF

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH2) σχηματίζει N-αλκυλο-3-μεθυλο-1-βουταναμίνη (RNHCH2CH2CH(CH3)2)[7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+RNH2RNHCH2CH2CH(CH3)2+HF

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-3-μεθυλο-1-βουταναμίνη [R'N(CH2CH2CH(CH3)2)R][7]:

(CH3)2CHCH2CH2F+R´NHRR´N(CH2CH2CH(CH3)2)R+HF

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλο(3-μεθυλοβουτυλ)αμμώνιο [R'N(CH2CH2CH(CH3)2)(R)R"]F}[8]:

(CH3)2CHCH2CH2F+R´N(R)R´´[R´N(CH2CH2CH(CH3)2)(R)R´´]F

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 3-μεθυλο-1-βουτανοφωσφαμίνη[9]:

(CH3)2CHCH2CH2F+PH3(CH3)2CHCH2CH2PH2+HF

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO2) σχηματίζει 3-μεθυλο-1-νιτροβουτάνιο ((CH3)2CHCH2CH2NO2)[10]:

(CH3)2CHCH2CH2F+AgNO2(CH3)2CHCH2CH2NO2+AgF

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 3-μεθυλο-1-φαινυλοβουτάνιο:

PhH+(CH3)2CHCH2CH2FAlF3(CH3)2CHCH2CH2Ph+HF

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει 3-μεθυλοβουτυλολίθιο[11]:

(CH3)2CHCH2CH2F+2Li10oC|Et2O|(CH3)2CHCH2CH2Li+LiF

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει 3-μεθυλο-1-βουτυλομαγνησιοφθορίδιο[12]:

(CH3)2CHCH2CH2F+Mg|Et2O|(CH3)2CHCH2CH2MgF

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH4) παράγεται μεθυλοβουτάνιο[13]:

4(CH3)2CHCH2CH2F+LiAlH44CH3CH2CH(CH3)2+LiF+AlF3

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται μεθυλοβουτάνιο[14]:

(CH3)2CHCH2CH2F+Zn+HClCH3CH2CH(CH3)2+ZnClF

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθυλοβουτάνιο[15]:

(CH3)2CHCH2CH2F+SiH4BF3CH3CH2CH(CH3)2+SiH3F

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.[16]:

(CH3)2CHCH2CH2F+RSnH3CH3CH2CH(CH3)2+RSnH2F

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 5-μεθυλο-1-φθορεξάνιο ((CH3)2CHCH2CH2CH2CH2F)[17]:

(CH3)2CHCH2CH2F+CH2=CH2(CH3)2CHCH2CH2CH2CH2F

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 5-μεθυλο-1-φθορο-1-εξένιο ((CH3)2CHCH2CH2CH=CHF)[18]:

(CH3)2CHCH2CH2F+HCCH(CH3)2CHCH2CH2CH=CHF

3. Η αντίδραση του 3-μεθυλο-1-φθοροβουτανίου 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[19]:

RCH=CHCH=CH2+(CH3)2CHCH2CH2FRCH2FCH=CHCH2CH2CH2CH(CH3)2 (1,4-προσθήκη)
RCH=CHCH=CH2+(CH3)2CHCH2CH2FRCH=CHCHFCH2CH2CH2CH(CH3)2 (1,2-προσθήκη)
RCH=CHCH=CH2+(CH3)2CHCH2CH2F12RCHFCH(CH2CH2CH(CH3)2)CH=CH2+12RCH(CH2CH2CH(CH3)2)CHFCH=CH2 (3,4-προσθήκη)

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 6-μεθυλο-1-φθορεπτάνιο[20]:

κυκλοπροπάνιο +(CH3)2CHCH2CH2FCH3CH2CH(CH3)CH2CH2CH2CH2F

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει 1-(3΄-μεθυλοβουτοξυ)-2-φθοραιθάνιο[21]:

+(CH3)2CHCH2CH2FFCH2CH2OCH2CH2CH(CH3)2

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο παράγεται 3-μεθυλο-1-βουτένιο[22]:

(CH3)2CHCH2CH2F+NaOHROH(CH3)2CHCH=CH2+NaF+H2O

Παρεμβολή καρβενίων

  • Τα καρβένια (π.χ. [:CH2]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμε[23]:

(CH3)2CHCH2CH2F+CH3Cl+KOH611CH3CH2CH(CH3)CH2CH2F+211CH3CH2CH(CH3)CH2CHFCH3+211(CH3)2CHCH(CH3)CH2F+111(CH3)3CCH2F+KCl+H2O

  • Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;
1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς C#4,#1΄H2-H. Παράγεται 3-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο.
2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#1H-H: Παράγεται 4-μεθυλο-2-φθοροπεντάνιο.
3. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#2H-H: Παράγεται 2,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.
4. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C#3-H: Παράγεται 3,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 3-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~54%, 4-μεθυλο-2-φθοροπεντάνιου ~18%, 2,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~18% και 3,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~9%.

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 = (CH3)2CHCH2CH2, 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 = CH3CHCH3 και Nu = F.
  7. 7,00 7,01 7,02 7,03 7,04 7,05 7,06 7,07 7,08 7,09 7,10 7,11 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 186, §7.3.1.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 243, §10.2.Α, R = CH2CH2CH(CH3)2, X = F.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.Α1, R = CH2CH2CH(CH3)2, X = F.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244, §10.3.Α, R = CH2CH2CH(CH3)2, X = F.
  11. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, §5.1. σελ.82
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.5, R = CH2CH2CH(CH3)2, X = F.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3α, R = CH2CH2CH(CH3)2, X = F.
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β, R = CH2CH2CH(CH3)2, X = F.
  15. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
  16. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.
  17. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, για Ε = CH2CH2CH(CH3)2 και Nu = F.
  18. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκίνια και για Ε = CH2CH2CH(CH3)2 και Nu = F με βάση και την §8.1, σελ. 114-116.
  19. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκαδιένια και για Ε = CH2CH2CH(CH3)2 και Nu = F με βάση και την §8.2, σελ. 116-117.
  20. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για κυκλοαλκάνια και για Ε = CH2CH2CH(CH3)2 και Nu = F σε συνδυασμό με Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §1.2., σελ. 22-25
  21. Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = F.
  22. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.
  23. 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