Μεθυλοκυκλοβουτάνιο
Το μεθυλοκυκλοβουτάνιο[α] (αγγλικά: Methylcyclobutane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, δηλαδή είναι υδρογονάνθρακας, με μοριακό τύπο C5H10 ή πιο αναλυτικά (C4H7)CH3. Πιο συγκεκριμένα, είναι ένας αλεικυκλικός υδρογονάνθρακας. Δομικά αποτελείται από έναν κυκλοβουτανικό δακτύλιο (δηλαδή ανήκει στα «θυγατρικά» κυκλοβουτάνια) και από μια μεθυλομάδα (CH3-). Το μεθυλοκυκλοβουτάνιο ανήκει στην ομόλογη σειρά των κυκλοαλκανίων, δηλαδή των κορεσμένων υδρογονανθράκων με έναν (τουλάχιστον) δακτύλιο.
Μεθυλοκυκλοβουτάνιο | |||
---|---|---|---|
![]() | |||
Γενικά | |||
Όνομα IUPAC | Μεθυλοκυκλοβουτάνιο | ||
Χημικά αναγνωριστικά | |||
Χημικός τύπος | C5H10 | ||
Μοριακή μάζα | 70,07825±0 amu | ||
Σύντομος συντακτικός τύπος |
![]() | ||
Αριθμός CAS | 598-61-8 | ||
SMILES | CC1CCC1 | ||
InChI | 1S/C5H10/c1-5-3-2-4-5/h5H,2-4H2,1H3 | ||
PubChem CID | 11725 | ||
ChemSpider ID | 11232 | ||
Δομή | |||
Μοριακή γεωμετρία | Τα ανθρακοάτομα του τετραμελούς δακτυλίου σε πτυχωμένη τετράπλευρη θέση. | ||
Ισομέρεια | |||
Ισομερή θέσης | 9 | ||
Φυσικές ιδιότητες | |||
Σημείο βρασμού | 36 °C[1] | ||
Εμφάνιση | Άχρωμο υγρό | ||
Χημικές ιδιότητες | |||
Θερμότητα πλήρους καύσης |
3.394 kJ/mole | ||
Επικινδυνότητα | |||
![]() | |||
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+) | |||
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa). |
Παραγωγή
ΕπεξεργασίαΕνδομοριακή αντίδραση Freund
ΕπεξεργασίαΜε την τροποποιημένη αντίδραση Φρέουντ (Freund reaction) με Zn, που δίνει μεγαλύτερη απόδοση στην ενδομοριακή αντίδραση. Σ' αυτήν την περίπτωση η στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης γίνεται[2][3]:
- Με μικρή απόδοση, γιατί παράλληλα με την ενδομοριακή αντίδραση διεξάγεται αναπόφευκτα και διαμοριακή, τα κύρια προϊόντα της οποίας είναι τα ακόλουθα τρία (3):
Επίδραση μεθυλενίου σε κυκλοβουτάνιο
Επεξεργασία- Το κυκλοβουτάνιο έχει οκτώ (8) ισότμα άτομα υδρογόνου για παρεμβολή καρβενίων, οπότε προκύπτει ένα μόνο προϊόν. Έτσι, με επίδρση μεθυλενίου παράγεται μεθυλοκυκλοβουτάνιο:[4]
Χημικές ιδιότητες
ΕπεξεργασίαΟξείδωση
Επεξεργασία1. Όπως όλα τα κυκλοαλκάνια, το μεθυλοκυκλοβουτάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και νερό (H2O):[5][6]
- 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,[7] των δεσμών C-H[8] και των δεσμών (Ο=Ο)[9] του O2.
- Στην αναφερόμενη θερμότητα καύσεως εμπεριέχεται και η χημική ενέργεια που έχει αποθηκευθεί ως ενέργεια παραμόρφωσης κατά το σχηματισμό του τετραμελούς δακτυλίου και απελευθερώνεται με την καύση. Η ενέργεια αυτή για τετραμελή ισοκυκλικό ανθρακούχο δακτύλιο υπολογίστηκε, όπως αναφέρεται στο κυκλοβουτάνιο, σε 109 kJ/mole.
2. Παραγωγή υδραερίου:
3. Καταλυτική οξείδωση: Με καταλυτική οξυγόνωση δίνει (κυρίως) 2-μεθυλοξολάνιο:
4. Με υπερμαγγανικό κάλιο προς 1-μεθυλοκυκλοβουτανόλη:
Αλογόνωση
Επεξεργασία1. Φωτοχημική αλογόνωση υποκατάστασης υδρογόνου: Το μεθυλοκυκλοβουτάνιο έχει 10 άτομα υδρογόνου για φωτοχημική αντικατάσταση από αλογόνα, οπότε προκύπτουν τα ακόλουθα τέσσερα (4) ισομερή αλογονοπαράγωγα:[10]
- 1-αλο-1-μεθυλοκυκλοβουτάνιο ( ).
- 1-αλο-2-μεθυλοκυκλοβουτάνιο ( ).
- 1-αλο-3-μεθυλοκυκλοβουτάνιο ( ).
- Κυκλοβουτυλομεθυλοαλογονίδιο ( ).
- Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
- όπου 0<a,b,c<1, a + b + c + d = 0, διαφέρουν ανάλογα με το αλογόνο:
- Τα F και Cl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Η αναλογία των προπυλαλογονιδίων τους εξαρτάται κυρίως πό τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H. Ειδικά γοα το χλώριο θα έχουμε:
- 2-μεθυλο-1-χλωροκυκλοβουτάνιο ( ): 4•3,8 = 15,2.
- 3-μεθυλο-1-χλωροκυκλοβουτάνιο ( ): 2•3,8 = 7,6.
- 1-μεθυλο-1-χλωροκυκλοπροπάνιο ( ): 1•5 = 5.
- κυκλοπροπυλομεθυλοχλωρίδιο ( ): 3•1 = 3.
- Τα F και Cl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Η αναλογία των προπυλαλογονιδίων τους εξαρτάται κυρίως πό τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H. Ειδικά γοα το χλώριο θα έχουμε:
- Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 49,4% 2-μεθυλο-1-χλωροκυκλοβουτάνιο, 24,7% 3-μεθυλο-1-χλωροκυκλοβουτάνιο, 16,2% 1-μεθυλο-1-χλωροκυκλοβουτάνιο και 9,7%
κυκλοβουτυλομεθυλοχλωρίδιο.
- Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των βουτυλαλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος του 1-αλο-1-μεθυλο-κυκλοπροπάνιο. Ειδικά για το βρώμιο θα έχουμε:
- 1-βρωμο-1-μεθυλοκυκλοβουτάνιο ( ): 1•1600=1600
- κυκλοβουτυλομεθυλοβρωμίδιο ( ): 3•1 = 3.
- Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 15,7% 1-βρωμο-2-μεθυλοκυκλοβουτάνιο, 7,8% 1-βρωμο-3-μεθυλοκυκλοβουτάνιο, 76,4% 1-βρωμο1-μεθυλοκυκλοβουτάνιο και 0,1% κυκλοβουτυλομεθυλοβρωμίδιο.
- Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του :
- 1. Έναρξη: Παράγονται ελεύθερες ρίζες.
- Η απαιτούμενη ενέργεια προέρχεται από το υπεριώδες φως (UV) ή θερμότητα (Δ).
- 2. Διάδοση: Καταναλώνονται οι παλιές ελεύθερες ρίζες, σχηματίζοντας νέες.
- 3. Τερματισμός: Καταναλώνονται μεταξύ τους οι ελεύθερες ρίζες, κατά τη στατιστικά σπάνια περίπτωση της συνάντησής τους.
- Η τριτοταγής ρίζα δεν μπορεί να ενωθεί με τον εαυτό της, λόγω στερεοχημικής παρεμπόδισης.
- Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή μονοααλογονιδίων.
- Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες και Χ2 θα παραχθεί μίγμα όλων των αλογονοπαραγώγων του .
- Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια , τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντισης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.
2. 1,4-αλογόνωση: Παράγεται (κυρίως) 1,4-διαλοπεντάνιο:
Επίδραση καρβενίων
Επεξεργασία- Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε:
- 1. Παρεμβολή στους δύο (4) δεσμούς CNo1,4H-H: 4.
- 1. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς CNo3H-H: 2.
- 2. Παρεμβολή στον (1) δεσμό C-H: 1.
- 3. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH2-H: 3.
Προκύπτει επομένως μίγμα 1,2-διμεθυλοκυκλοβουτάνιου ~40%, αιθυλοκυκλοβουτάνιου ~30%, 1,3-διμεθυλοκυκλοβουτάνιου ~20% και 1,1-διμεθυλοκυκλοβουτάνιου ~10%.
Νίτρωση
Επεξεργασίαόπου 0<a,b,c,d<1, a + b + c + d = 1.
Καταλυτική υδρογόνωση-1,4
ΕπεξεργασίαΜε καταλυτική υδρογόνωση, παράγεται (κυρίως) μεθυλοβουτάνιο:
Υδραλογόνωση-1,4
ΕπεξεργασίαΜε υδραλογόνο (ΗΧ), παράγεται (κυρίως) 2-αλοπεντάνιο:
Υδροξυαλογόνωση-1,4
ΕπεξεργασίαΜε υπαλογονώδες οξύ (HOX) , παράγεται (κυρίως) 5-αλο-2-πεντανόλη:
Ενυδάτωση-1,4
ΕπεξεργασίαΜε επίδραση θειικού οξέως σε μεθυλοκυκλοβουτάνιo παράγεται (κυρίως) όξινος θειικός 2-πεντυλεστέρας [CH3CH2CH2CH(SO4H)CH3], που υδρολύεται σχηματίζοντας 2-πεντανόλη [CH3CH2CH2CH(OH)CH3]:
Διυδροξυλίωση-1,4
ΕπεξεργασίαΜε επίδραση υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2) σε μεθυλοκυκλοβουτάνιo, παρουσία καρβοξυλικών οξέων παράγεται (κυρίως) 1,4-πεντανοδιόλη [CH3CH(OH)CH2CH2CH2OH]:
Σημειώσεις
Επεξεργασία- ↑ Η πλήρης συστηματική ονομασία του θα ήταν 1-μεθυλοκυκλοβουτάνιο, αλλά ο αριθμός θέσης παραλήπεται ως πλεονασμός, επειδή δεν υπάρχει άλλο μεθυλοκυκλοβουτάνιο για να υπάρχει ανάγκη διάκρισης.
Παραπομπές
Επεξεργασία- ↑ Alkane Boiling Points
- ↑ G. Gustavson (1887). "Ueber eine neue Darstellungsmethode des Trimethylens". J. Prakt. Chem. 36: 300–305. doi:10.1002/prac.18870360127. http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k90799n/f308.table.
- ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 154, §6.5.Β1.
- ↑ 4,0 4,1 SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, σελ. 46 §4.4.4.
- ↑ Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.21, §1.1.
- ↑ Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.126, 6.1.
- ↑ ΔHC-C= +347 kJ/mol
- ↑ ΔHC-H = +415 kJ/mol
- ↑ ΔHO-O=+146 kJ/mol
- ↑ SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, σελ. 43-46 §4.4.3.
- ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ. 244, §10.3.2.
Πηγές
Επεξεργασία- Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.126, 6.1.
- 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