2,3-πενταδιένιο

Το 2,3-πενταδιένιο (αγγλικά: 2,3-pentadiene) είναι οργανική χημική ένωση, σε δύο (2) οπτικά ισομερή, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C5H8 και ημισυντακτικό τύπο CH3CH=C=CHCH3. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκαδιενίων και στην κατηγορία των αλλενίων. Το χημικά καθαρό 2,3-πενταδιένιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο και εξαιρετικά εύφλεκτο πτητικό υγρό.

 Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο, που αποτελείται από δύο (2) άτομα υδρογόνου και δύο (2) μεθύλια (-CH3) ενωμένα με μια τριάδα ατόμων άνθρακα, που συνδέονται μεταξύ τους με δύο διαδοχικούς διπλούς δεσμούς. Το #2 και το #4 άτομα άνθρακα, που περιέχει, βρίσκονται σε υβριδισμό sp², το #3 σε sp, ενώ τέλος τα #1 και #5 σε sp³. Τα άτομα C#2-C#4 είναι συγγραμμικά. Οι δεσμοί, εκτός της συγγραμμικής ομάδας και των μεθυλομάδων, σχηματίζουν γωνίες περί τις 120°. Τα επίπεδα των δεσμών H-C#2-C#1 και H-C#4-C#5 είναι κάθετα μεταξύ τους. Η περιστροφή των δεσμών C=C=C απαιτεί (σχετικά) υψηλή ποσότητα ενέργειας, γιατί απαιτεί την (προσωρινή) διάσπαση ενός τουλάχιστον π-δεσμού. Οι π-δεσμοί στο μόριο του 2,3-πενταδιενίου είναι υπεύθυνοι για τη χρήσιμη δραστικότητά του. Η περιοχή των διπλών δεσμών χαρακτηρίζεται από (σχετικά) υψηλή ηλεκτρονιακή πυκνότητα, ιδιαίτερα περί το #3 άτομο άνθρακα,που επομένως είναι ευάλωτη σε επιδράσεις ηλεκτρονιόφιλων. Πολλές αντιδράσεις του 2,3-πενταδιενίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του 2,3-πενταδιενίου. Με απόσπαση δύο (2) ισοδυνάμων αλογόνου (X2) από 2,3,3,4-τετραλοπεντάνιο παράγεται 1,2-πενταδιένιο: Εμφανίζει όλες τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ακόρεστων υδρογονανθράκων. Επειδή έχει δύο (2) διπλούς δεσμούς, υπάρχει η δυνατότητα για δύο (2) αντιδράσεις προσθήκης. Η προσθήκη που γίνεται πρώτη είναι η 2,3-. Με το οξυγόνο (O2) του αέρα καίγεται παρέχοντας φλόγα εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας: Με επίδραση όζοντος (O3, οζονόλυση) σε 2,3-πενταδιένιο, παράγεται ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε αιθανάλη και διοξείδιο του άνθρακα: Η διυδροξυλίωση 2,3-πενταδιενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2): 1. Η επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) παράγει 2-υδροξυ-3-πεντανόνη:2. Η επίδραση καρβοξυλικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου (Η2Ο2) παράγει 2-υδροξυ-3-πεντανόνη:3. Η μέθοδος Σάρπλες (Sharpless) παράγει 2-υδροξυ-3-πεντανόνη:4. Η μέθοδος Γούντγαρντ (Woodward) παράγει 2-υδροξυ-3-πεντανόνη: Ενδιάμεσα των μεθόδων 1-4 παράγεται 3-πεντεν-2,3-όλη [CH3CH=C(OH)CH(OH)CH3, ασταθής ενόλη] που ισομερειώνεται σε 2-υδροξυ-3-πεντανόνη: 5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 2,4-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2,3-πενταδιένιο, παρουσία νερού (H2O). Αντίδραση Πρινς (Prins). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 2-μεθυλο-1-υδροξυ-3-πεντανόνη: Ενδιάμεσα παράγεται 2-μεθυλο-3-πεντεν-1,3-διόλη [CH3CH=C(OH)(CH_3)CH2OH, ασταθής ενόλη], που ισομερειώνεται σε 2-μεθυλο-1-υδροξυ-3-πεντανόνη. Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) παράγεται τελικά αιθανικό οξύ και διοξείδιο του άνθρακα: 1. Επίδραση θειικού οξέος (H2SO4) και στη συνέχεια νερού (H2O, ενυδάτωση). Παράγεται 3-πεντανόνη:Ενδιάμεσα παράγεται 2-πεντεν-3-όλη [CH3CH=C(OH)CH2CH3, ασταθής ενόλη] που ισομερειώνεται σε 3-πεντανόνη. 2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2). Παράγεται τρι(1-μεθυλο-2-βουτενυλο)βοράνιο και στη συνέχεια 3-πεντεν-2-όλη: Προσθήκη διβορανίου (B2H4) έχει το ίδιο αποτέλεσμα. 3. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Πρινς (Prins) με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2,3-πενταδιένιο απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει 2-μεθυλο-2,3-πενταδιεν-1-όλη: Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε 2,3-πενταδιένιο παράγεται 2-αλο-3-πεντανόνη: Ενδιάμεσα παράγεται 1-αλο-2-πεντεν-2-όλη (ασταθής ενόλη), που τελικά ισομερειώνεται σε 1-αλοπεντανόνη. Η παραπάνω αντίδραση ισχύει όταν X: Cl, Br και I. Αν X = F, παράγεται 3-φθορο-3-πεντεν-2-όλη: 1. Με προσθήκη αλογόνου (X2, αλογόνωση) σε 2,3-πενταδιένιο έχουμε προσθήκη στους διπλούς δεσμούς. Παράγεται αρχικά 2,3-διαλο-3-πεντένιο και στη συνέχεια, με περίσσεια αλογόνου, 2,3,3,4-τετραλοπεντάνιο. Π.χ.:2. Υποκατάσταση σε αλλυλική θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς τους διπλούς δεσμούς. Παράγεται 1-αλο-2,3-πενταδιένιο: Π.χ.: Η αλλυλική υποκατάσταση ευνοείται με ορισμένα ειδικά αντιδραστήρια αλογόνωσης ή σε υψηλές θερμοκρασίες. Με προσθήκη υδραλογόνων (HX, υδραλογόνωση) σε 2,3-πενταδιένιο παράγεται αρχικά 3-αλο-3-πεντένιο και στη συνέχεια, με περίσσεια υδραλογόνου, 3,3-διαλοπεντάνιο: Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN, υδροκυάνωση) σε 2,3-πενταδιένιο παράγεται 2-αιθυλο-2-βουτενoνιτρίλιο: 1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται αρχικά 2-πεντεν-3-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε 3-πεντενιμίνη:2. Προσθήκη πρωτοταγούς αμίνης. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται N-μεθυλο-2-πεντεν-3-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε Ν-μεθυλο-3-πεντανιμίνη:3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται N,N-διμεθυλο-2-πεντεν-3-αμίνη: Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή. Όπου . Εξαρτάται από την επιλογή του καταλύτη. Οι σχετικά ογκώδεις καταλύτες ευνοούν το δεύτερο παραγωγο. Με επίδραση περίσσειας αλδευδών ή κετονών σε προπένιο απουσία νερού, σε χαμηλή θερμοκρασία παράγεται παράγωγο διοξανίου. Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 5-μεθυλο-4-αιθυλιδενο-1,3-διοξάνιο και 4-μεθυλο-5-αιθυλιδενο-1,3-διοξάνιο: Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002. 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