2-χλωροβουτάνιο

To 2-χλωροβουτάνιο ή 2-βουτυλοχλωρίδιο ή δευτεροταγές βουτυλοχλωρίδιο, σε δύο (2) οπτικά ισομερή, είναι ένα υγρό (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25 °C, P = 1 atm) . Με βάση το χημικό τύπο του, C₄H₉Cl, έχει τα ακόλουθα τρία (3) ισομερές θέσης:

1. 1-χλωροβουτάνιο.
2. Μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο.
3. Μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο.

2-χλωροβουτάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	2-χλωροβουτάνιο
Άλλες ονομασίες	2-Βουτυλοχλωρίδιο Δευτεροταγές βουτυλοχλωρίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H9Cl
Μοριακή μάζα	92,57 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CHClCH3
Συντομογραφίες	sBuCl
Αριθμός CAS	78-86-4 22157-31-9 (R) 22156-91-8 (S)
SMILES	CCC(Cl)C
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	3 1-χλωροβουτάνιο μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο
Οπτικά ισομερή	2
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-140 °C
Σημείο βρασμού	70 °C
Πυκνότητα	873 kg/m3
Εμφάνιση	Υγρό
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Φράσεις κινδύνου	R11
Φράσεις ασφαλείας	S7/9, S16, S29
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Η ονομασία «χλωροβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) 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 «χλωρο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου χλωρίου ανά μόριο της ένωσης. Τέλος, ο αρχικός αριθμός θέσης «2-», δηλώνει τον αριθμό θέσης του ατόμου του άνθρακα με το οποίο ενώνεται το άτομο του χλωρίου, για να διαχωριστεί η ένωση από την ισομερή της 1-χλωροβουτάνιο.

Μοριακή δομή

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
C-Cl	σ	2sp3-3sp3	176 pm	9% C+ Cl-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
H	+0,03
C#1	+0,06
C#3	-0,06
C#1,#4	-0,09
Cl	-0,09

Παραγωγή

Με φωτοχημική χλωρίωση

Με φωτοχημική χλωρίωση βουτανίου παράγεται μίγμα 1-φθοροβουτανίου και 2-χλωροβουτανίου:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+Cl_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}0,28CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+0,72CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+HCl}$

• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυχλωροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας βουτανίου.
• Η αναφερόμενη στοιχειομετρική αναλογία παραγωγής χλωροβουτανίων δεν συνυπολογίζει τα συμπαραγόμενα πολυχλωροπαράγωγα.
• Η μέθοδος δεν είναι χρήσιμη αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά δύσκολος διαχωρισμός.

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από χλώριο

1. Με επίδραση υδροχλωρίου (HCl) σε 2-βουτανόλη (CH₃CH₂CH(OH)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(OH)CH_{3}+HCl{\xrightarrow {ZnCl_{2}}}CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+H_{2}O}$

2. Η υποκατάσταση του OH από Cl στην 2-βουτανόλη μπορεί να γίνει και με χλωριωτικά μέσα:

1. Με πενταχλωριούχο φωσφόρο (PCl₅):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(OH)CH_{3}+PCl_{5}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+POCl_{3}+HCl}$

2. Με τριχλωριούχο φωσφόρο (PCl₃):

$\mathrm {3CH_{3}CH_{2}CH(OH)CH_{3}+PCl_{3}{\xrightarrow {}}3CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+H_{3}PO_{3}}$

3. Με θειονυλοχλωρίδιο (SOCl₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(OH)CH_{3}+SOCl_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+SO_{2}+HCl}$

Με προσθήκη υδροχλωρίου σε 1-βουτένιο ή σε 2-βουτένιο

Με προσθήκη υδροχλωρίου σε 1-βουτένιο ή σε 2-βουτένιο παράγεται 2-χλωροβουτάνιο::

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}}$
ή
$\mathrm {CH_{3}CH=CHCH_{3}+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}}$

Με προσθήκη χλωρομεθανίου σε προπένιο

Με προσθήκη φθρορομεθανίου σε προπένιο παράγεται 2-χλωροβουτάνιο::

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+CH_{3}Cl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}}$

Με προσθήκη υδροχλωρίου σε μεθυλοκυκλοπροπάνιο

Με προσθήκη υδροχλωρίου (ΗCl) σε μεθυλοκυκλοπροπάνιο παράγεται 2-χλωροβουτάνιο:

$\mathrm {+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}}$

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 S_N².

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται 2-βουτανόλη (CH₃CH₂CH(OH)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+AgOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(OH)CH_{3}+AgCl}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει 2-αλκοξυβουτάνιο (CH₃CH₂CH(OR)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+RONa{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(OR)CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH(CH₃)CH₂CH₃). Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό δευτεροταγή βουτυλεστέρα (RCOOCH(CH₃)CH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει 2-μεθυλοβουτανονιτρίλιο (CH₃CH₂CH(CN)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+NaCN{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CN)CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+RLi{\xrightarrow {}}RCH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}+LiCl}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 2-βουτανοθειόλη (CH₃CH₂CH(SH)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+NaSH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(SH)CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει 2-αλκυλοθειοβουτάνιο (RSCH(CH₃)CH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+RSNa{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(SR)CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 2-ιωδοβουτάνιο (CH₃CH₂CHICH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+NaI{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHICH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε 2-χλωροβουτάνιο (CH₃CH₂CHClCH₃) παράγεται 2-φθοροβουτάνιο:

$\mathrm {2CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}CHFCH_{3}+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει 2-βουταναμίνη (CH₃CH₂CH(NH₂)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(NH_{2})CH_{3}+HCl}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλο-2-βουταναμίνη (CH₃CH₂CH(NHR)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+RNH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(NHR)CH_{3}+HCl}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-2-βουταναμίνη [(CH₃CH₂CH(NRR΄)CH₃)]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(NRR{\acute {}})CH_{3}+HCl}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R΄΄] σχηματίζει χλωριούχο N,N,N-τριαλκυλο(1-μεθυλοπροπυλ)αμμώνιο {[(CH₃CH₂CH(NRR΄R΄΄)CH₃]Cl}:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+R{\acute {}}\;N(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;{\xrightarrow {}}[CH_{3}CH_{2}CH(N(R)(R{\acute {}})R{\acute {}}\;{\acute {}})CH_{3}]Cl}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 2-βουτανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+PH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(PH_{2})CH_{3}+HCl}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 2-νιτροβουτάνιο (CH₃CH₂CH(NO₂)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(NO_{2})CH_{3}+AgCl}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Clriedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 2-φαινυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}{\xrightarrow {AlCl_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH(Ph)CH_{3}+HCl}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει δευτεροταγές βουτυλολίθιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+2Li{\xrightarrow[{-10^{o}C}]{|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CHLiCH_{3}+LiCl}$

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει δευτεροταγές βουτυλομαγνησιοχλωρίδιο :

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CH(MgCl)CH_{3}}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται βουτάνιο.:

$\mathrm {4CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiCl+AlCl_{3}}$

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται βουτάνιο.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+Zn+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnCl_{2}}$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριχλωριούχου βορίου, παράγεται βουτάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+SiH_{4}{\xrightarrow {BCl_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+SiH_{3}Cl}$

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+RSnH_{2}Cl}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 3-μεθυλο-1-χλωροπεντάνιο :

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}Cl}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 3-μεθυλο-1-χλωρο-1-πεντένιο :

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH=CHCl}$

3. Η αντίδραση του 1-χλωροβουτανίου 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:

$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}{\xrightarrow {}}RCH_{2}ClCH=CHCH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}}$ (1,4-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}{\xrightarrow {}}RCH=CHCHClCH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}}$ (1,2-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}RCHClCH(CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3})CH=CH_{2}+{\frac {1}{2}}RCH(CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3})CHClCH=CH_{2}}$ (3,4-προσθήκη)

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 4-μεθυλο-1-χλωρεξάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει δευτεροταγές βουτοξυ-2-χλωραιθάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}{\xrightarrow {}}ClCH_{2}CH_{2}OCH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροχλωρίου (HCl) από 2-χλωροβουτάνιο παράγεται μίγμα από 1-βουτένιο και 2-βουτένιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}{\frac {3}{5}}CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}+{\frac {2}{5}}CH_{3}CH=CHCH_{3}+NaCl+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+CH_{3}Br+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{3}}CH_{3}CH_{2}CHClCH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{3}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHClCH_{3}+{\frac {2}{9}}(CH_{3})_{2}CHCHClCH_{3}+{\frac {1}{9}}CH_{3}CH_{2}CCl(CH_{3})_{2}+KBr+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C_#1H₂-H. Παράγεται 3-χλωροπεντάνιο.

2. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C_#4H₂-H. Παράγεται 2-χλωροπεντάνιο.

3. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς CH-H: Παράγεται 3-μεθυλο-2-χλωροβουτάνιο.

4. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C-H: Παράγεται 2-μεθυλο-2-χλωροβουτάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 3-χλωροπεντάνιου ~33%, 3-χλωροπεντάνιου ~33%, 3-μεθυλο-2-χλωροβουτάνιου ~22% και 2-μεθυλο-2-χλωροβουτάνιου ~11%.

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