3,3-διμεθυλοπεντάνιο

Το 3,3-διμεθυλοπεντάνιο είναι ένα από τα ισομερή θέσης του επτανίου.

3,3-διμεθυλοπεντάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	3,3-διμεθυλοπεντάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C7H16
Μοριακή μάζα	100,204 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	(CΗ3CH2)C(CH3)2
Αριθμός CAS	562-49-2
SMILES	CCC(C)(C)CC
PubChem CID	11229
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	8 επτάνιο 2-μεθυλεξάνιο αιθυλοπεντάνιο 2,3-διμεθυλοπεντάνιο 2,4-διμεθυλοπεντάνιο 2,2-διμεθυλοπεντάνιο 3-μεθυλεξάνιο, τριμεθυλοβουτάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-135°C
Σημείο βρασμού	86°C
Κρίσιμη θερμοκρασία	263,24°C
Κρίσιμη πίεση	2,95 MPa
Πυκνότητα	693 kg/m3
Διαλυτότητα στο νερό	αδιάλυτο
Ιξώδες	4,54·10-4 cP
Δείκτης διάθλασης , nD	1,392
Τάση ατμών	143,2 mmHg
Χημικές ιδιότητες
Βαθμός οκτανίου	86,6
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	-6,7°C
Σημείο αυτανάφλεξης	337°C
Επικινδυνότητα
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	3 0 0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Η ονομασία «3,3-διμεθυλοπεντάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα: Η ονομασία διαιρείται (νοητά) αρχικά σε δύο τμήματα: στο τμήμα που περιέχει τις πληροφορίες για τις διακλαδώσεις (ή και τους υποκαταστάτες) «3,3-διμεθυλο-» και το τμήμα που έχει περιέχει τις πληροφορίες για την κύρια (δηλαδή την πολυπλοκότερη δυνατή) ανθρακική αλυσίδα «-πεντάνιο». Το αρχικό πρόθεμα «δι-» δηλώνει την παρουσία δύο όμοιων διακλαδώσεων, το «μεθυλ-», ότι πρόκειται για διακλαδώσεις ενός (1) ατόμου άνθρακα. Οι αριθμοί που προηγούνται στο τμήμα των διακλαδώσεων («3,3-») δηλώνουν τους αριθμούς θέσης των ατόμων άνθρακα της κύριας ανθρακικής αλυσίδας στην οποία στα οποία ενώνονται οι ακολουθούμενες διακλαδώσεις. Ακολουθεί η ονομασία της κύριας ανθρακικής αλυσίδας: Το τμήμα «πεντ-» δηλώνει την παρουσία πέντε (5) ατόμων άνθρακα στην κύρια ανθρακική 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 και επειδή δεν υπήρχαν ούτε στην αρχή χαρακτηριστικά προθέματα υποκαταστατών, παρά μόνο απλά ανθρακούχες διακλαδώσεις, συμπεραίνεται ότι η ένωση είναι ένας υδρογονάνθρακας.

Δομή

Το μόριό του αποτελείται από επτά (7) άτομα άνθρακα (τέσσερα (4) πρωτοταγή, δύο (2) δευτεροταγή και ένα (1) τεταρτοταγές) και δεκαέξι (16) άτομα υδρογόνου.

Δεσμοί
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
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
C#1,#1΄,1",#5	-0,09
C#2,#4	-0,06
C#3	0,00
H	+0,03

Παραγωγή

Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές

1. Απομονώνεται από το πετρέλαιο.
2. Απομονώνεται από μίγματα που προκύπτουν από πυρόλυση βαρύτερων προϊόντων διύλισης πετρελαίου ή πολυμερών υδρογονανθράκων.

Παραγωγή με αντιδράσεις σύνθεσης: Από πρώτες ύλες με μικρότερη ανθρακική αλυσίδα

1. Δομικά το 3,3-διμεθυλοπεντάνιο αποτελείται από 1,1-διμεθυλοβουτύλιο (CH₃CH₂C(CH₃)₂-) και ένα αιθύλιο (-CH₂CH₃). Επομένως, ο απλούστερος τρόπος παρασκευής καθαρού 3,3-διμεθυλοπεντάνιου είναι η αντίδραση ζεύγους 1,1-διμεθυλοπροπυλολίθιου με αιθυλαλογονίδιο ή αντίστροφα 1-αλο-2-μεθυλοβουτάνιου με αιθυλολίθιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CX(CH_{3})_{2}+Li{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CLi(CH_{3})_{2}+LiX}$
$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CLi(CH_{3})_{2}+CH_{3}CH_{2}X{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+LiX}$
ή
$\mathrm {CH_{3}CH_{2}X+Li{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}Li+LiX}$
$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Li+CH_{3}CH_{2}CX(CH_{3})_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+LiX}$

2. Εναλλακτικά γίνεται η σύνθεση 3,3-διμεθυλοπεντανίου γίνεται και με επίδραση μεθυλολιθίου σε 3,3-διαλοπεντάνιο:

$\mathrm {CH_{3}X+Li{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}Li+LiX}$
$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CX_{2}CH_{2}CH_{3}+2CH_{3}Li{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+2LiX}$

Παραγωγή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων

Κατάλληλα για παραγωγή 3,3-διμεθυλοπεντάνιου είναι τα ακόλουθα αλκυλαλογονίδια:

1. 1-αλο-3,3-διμεθυλοπεντάνιο.
2. 2-αλο-3,3-διμεθυλοπεντάνιο.
3. αιθυλο-1-αλο-2-μεθυλοβουτάνιο.

• Καθένα από αυτά, π.χ. το 1-αλο-3,3-διμεθυλοπεντάνιο, μπορεί να αναχθεί με τους ακόλουθους τρόπους:

1. Με «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}X+Zn+HX{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnX_{2}}$

2. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH₄):

$\mathrm {4CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}X+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+AlX_{3}+LiX}$

3. Με αναγωγή των αντίστοιχων αλκυλιωδιδίων από HI:

$\mathrm {2CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}X+HI{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+I_{2}}$

4. Με αναγωγή από μέταλλα (συνήθως λίθιο ή μαγνήσιο) και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων.Π.χ.::

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}X+2Li{\xrightarrow[{-LiX}]{|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}Li{\xrightarrow {+H_{2}O}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+LiOH}$
ή
$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}X+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}MgX{\xrightarrow {+H_{2}O}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+Mg(OH)X\downarrow }$

5. Με αναγωγή από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται 2,2-διμεθυλοπεντάνιο.Π.χ.::

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}X+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+SiH_{3}X}$

• Συμπαράγονται και πολυαλογονοπαράγωγα του σιλανίου.
• Στην παραπάνω λίστα αναφέρθηκαν μόνο οι κατάλληλες αλογονούχες ενώσεις με ένα άτομο αλογόνου ανά μόριο. Υπάρχουν όμως και πολυπλοκότερες, με περισσότερα άτομα αλογόνων ανά μόριο, που μπορούν να επίσης να δώσουν 3,3-διμε8υλοπεντάνιο.

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων

1. Με αναγωγή 3,3-διμεθυλοπεντανάλης ή αιθυλο-2-μεθυλοβουτανάλης με υδραζίνη (NH₂NH₂) (αντίδραση Wölf-Kishner) παράγεται 3,3-διμεθυλοπεντάνιο. Π.χ. για την 3,3-διμεθυλοπεντανάλη έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CHO+NH_{2}NH_{2}{\xrightarrow {KOH}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+N_{2}\uparrow +H_{2}O}$

2. Με αναγωγή 3,3-διμεθυλοπεντανόνης παράγεται 3,3-διμεθυλοπεντάνιο. Για την 3,3-διμεθυλοπεντανόνη έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση::

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}COCH_{3}+2Zn+2HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnCl_{2}+ZnO}$

• Παραπάνω αναφέρθηκαν μόνο οι κατάλληλες οξυγονούχες ενώσεις με ένα άτομο οξυγόνου ανά μόριο. Υπάρχουν όμως και πολυπλοκότερες, με περισσότερα άτομα οξυγόνου ανά μόριο, που μπορούν να επίσης να δώσουν 3,3-διμε8υλοπεντάνιο.

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών (μέθοδος Raney) παράγεται 3,3-διμεθυλοπεντάνιο. Για την παραγωγή του 3,3-διμεθυλοπεντάνιου κατάλληλες είναι οι ακόλουθες θειόλες:

1. 3,3-διμεθυλοπεντανοθειόλη-1.
2. 3,3-διμεθυλοπεντανοθειόλη-2.
3. αιθυλο-2-μεθυλοωβουτανοθειόλη-2.

Π.χ. για την 3,3-διμεθυλοπεντανοθειόλη-1 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}SH+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+H_{2}S}$

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειαιθέρων (μέθοδος Raney) παράγεται 3,3-διμεθυλοπεντάνιο. Π.χ:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}SCH_{2}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}2CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+H_{2}S}$

Με καταλυτική υδρογόνωση ακόρεστων αλειφατικών υδρογονανθράκων

Κατάλληλα για την παραγωγή 3,3-διμεθυλοπεντανίου είναι τα αλκένια, αλκίνια, αλκαδιένια ή και περισσότερο ακόρεστοι υδρογονάνθρακες με συνολικά επτά (7) άτομα άνθρακα, από τα οποία τα δύο (2) βρίσκονται σε δύο (2) διακλαδώσεις στο #4 άτομο άνθρακα της πενταμελούς κύριας ανθρακικής αλυσίδας..Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH=CH_{2}+H_{2}{\xrightarrow {Ni,\;Pd,\;Pt}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}}$

Παραγωγή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας

• Mε τη θέρμανση αλκαλικού διαλύματος των κατάλληλων καρβοξυλικών οξέων παράγεται 3,3-διμεθυλοπεντάνιο. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}COOH+NaOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}COONa+H_{2}O{\xrightarrow {\triangle }}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+NaHCO_{3}}$

Φυσικές ιδιότητες και ισομερή

Είναι αδιάλυτο στο νερό, αλλά διαλυτό σε πολλούς οργανικούς διαλύτες, όπως οι αλκοόλες και ο διαιθυλαιθέρας. Ωστόσο, το 3,3-διμεθυλοπεντάνιο θεωρείται και το ίδιο ως ένας οργανικός διαλύτης. Ο διαχωρισμός των δύο ισομερών είναι δυνατός, αν και αντιοικονομικός, με εξαντλητικές αποστάξεις.

Το 3,3-διμεθυλοπεντάνιο έχει τα ακόλουθα οκτώ (8) [εννέα (9) αν μετρηθούν και τα εναντιομερή] ισομερή:

1. (n-) ή (κ-) C₇H₁₆: (Κανονικό) επτάνιο.
2. CH₃(CH₂)₃CH(CH₃)₂: 2-μεθυλεξάνιο ή ισοεπτάνιο.
3. CH₃(CH₂)₂^*CH(CH₃)CH₂CH₃: R,S-3-μεθυλεξάνιο.
4. (CH₃CH₂)₃CH: αιθυλοπεντάνιο.
5. (CH₃)₂CΗ^*CH(CH₃)CH₂CH₃: R,S-2,3-διμεθυλοπεντάνιο.
6. (CH₃)₂CΗCH₂CΗ(CH₃)₂: 2,4-διμεθυλοπεντάνιο.
7. (CH₃)₃CHCH₂CH₂CH₃: 2,2-διμεθυλοπεντάνιο.
8. (CH₃)₃CCH(CH₃)₂: τριμεθυλοβουτάνιο ή τριπτάνιο.

Τα ισομερή αυτά παρόλο που έχουν ίδιο χημικό τύπο και μοριακό βάρος, έχουν διαφορετικές δομές και διαφορετικές ιδιότητες:

Συντακτικός τύπος Δομή	Όνομα IUPAC (ελληνική μορφή) Όνομα	Μοριακό Βάρος	Σημείο ζέσεως (°C, 1 atm)
	κ-επτάνιο επτάνιο	100,21	98,42
	2-μεθυλεξάνιο ισοεπτάνιο	100,21	90
	3-μεθυλεξάνιο	100,21	90,7
	2,2-διμεθυλοπεντάνιο νεοεπτάνιο	100,21	77,9
	2,3-διμεθυλοπεντάνιο	100,21	89,4
	2,4-διμεθυλοπεντάνιο	100,21	80,5
	3,3-διμεθυλοπεντάνιο	100,21	85,7
	αιθυλοπεντάνιο	100,21	93,5
	τριμεθυλοβουτάνιο τριπτάνιο	100,21	81,7

Χημικές ιδιότητες

Οξείδωση

1. Όπως όλα τα αλκάνια, το 3,3-διμεθυλοπεντάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό:

$\mathrm {C_{7}H_{16}+11O_{2}{\xrightarrow {\triangle }}7CO_{2}+8H_{2}O+4828,44J}$

• Αν και η αντίδραση είναι μια έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C, των δεσμών C-H και των δεσμών (Ο=Ο) του O₂:

2. Παραγωγή υδραερίου:

$\mathrm {C_{7}H_{16}+7H_{2}O{\xrightarrow[{700-1100^{o}C}]{Ni}}7CO+15H_{2}}$

3. Καταλυτική οξείδωση κυρίως προς 3,3-διμεθυλοπεντανόνη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{2}}O_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{Cu}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}COCH_{3}+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {3}{8}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+{\frac {3}{8}}CH_{3}CC(CH_{2}CH_{3})_{3}+{\frac {1}{4}}(CH_{3})_{3}CHC(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{3}+KCl+H_{2}O}$

• Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;

1. Παρεμβολή στους έξι (6) συνολικά δεσμούς C_#1,#5H₂-H. Παράγεται 3,3-διμεθυλεξάνιο.
2. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς C_#1΄,#1΄΄H₂-H. Παράγεται αιθυλο-3-διμεθυλοπεντάνιο.
3. Παρεμβολή στους τέσσερεις (4) δεσμούς C_#2,#4H-H. Παράγεται 2,3,3-τριμεθυλοπεντάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 3,3-διμεθυλεξάνιου (~37,5%), αιθυλο-3-διμεθυλοπεντάνιου (~37,5%) και 2,3,3-τριμεθυλοπεντάνιου (~25%).

Καταλυτική ισομερείωση

3,3-διμεθυλοπενάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς όλα τα ισομερή του:

$\mathrm {CH_{3}(CH_{2})_{5}CH_{3}{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}CH_{3}(CH_{2})_{4}CH(CH_{3})_{2}{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}CH_{3}(CH_{2})_{3}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}CH_{3}(CH_{2})_{2}CH(CH_{3})(CH_{2})_{2}CH_{3}{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}}$
$\mathrm {(CH_{3})_{3}C(CH_{2})_{2}CH_{3}{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}}$
$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH(CH_{3})CH_{3}{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}(CH_{3}CH_{2})_{2}C(CH_{3})_{2}{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}(CH_{3}CH_{2})_{3}CH{\stackrel {AlCl_{3}}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}(CH_{3})_{3}CCH(CH_{3})_{2}}$

Πηγές

• Παπαγεωργίου Β.Π., “Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία: Άκυκλες Ενώσεις”, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1986.
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
• 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
• Μερικές από τις ενέργειες αντιδράσεων υπολογίστηκαν με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Θα διασταυρωθούν και βιβλιογραφικά το συντομότερο για μεγαλύτερη ακρίβεια.