3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο

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-φθοροπεντάνιο. 2-φθοροπεντάνιο. 3-φθοροπεντάνιο. 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο. 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο. 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο. Διμεθυλοφθοροπροπάνιο.

 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. Με φωτοχημική φθορίωση μεθυλοβουτάνιου παράγεται μίγμα 3-μεθυλο-1-φθοροβουτανίου, 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιου, 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιου και 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιου: 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 επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 3-μεθυλο-1-βουτανόλη ((CH3)2CHCH2CH2OH): Συνήθως το υδροφθόριο παρασκευάζεται επιτόπου με την αντίδραση: Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε 3-μεθυλο-1-χλωροβουτάνιο ((CH3)2CHCH2CH2Cl): Με προσθήκη 2-φθοροπροπάνιου σε αιθένιο παράγεται 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο:: 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): Υποκατάσταση από αλκοξύλιο Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει 1-αλκοξυ-3-μεθυλοβουτάνιο ((CH3)2CHCH2CH2OR): Υποκατάσταση από αλκινύλιο Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH2CH2CH(CH3)2). Π.χ.: Υποκατάσταση από ακύλιο Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό (3-μεθυλοβουτυλ)εστέρα (RCOOCH2CH2CH(CH3)2): Υποκατάσταση από κυάνιο Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει 4-μεθυλοπεντανονιτρίλιο ((CH3)2CHCH2CH2CH2CN): Υποκατάσταση από αλκύλιο Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο: Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 3-μεθυλο-1-βουτανοθειόλη ((CH3)2CHCH2CH2SH): Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει 1-αλκυλοθειο-2-μεθυλοβουτάνιο (RSCH2CH2CH(CH3)2): Υποκατάσταση από ιώδιο Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδο-3-μεθυλοβουτάνιο ((CH3)2CHCH2CH2I): Υποκατάσταση από αμινομάδα Με αμμωνία (NH3) σχηματίζει 3-μεθυλο-1-βουταναμίνη ((CH3)2CHCH2CH2NH2): Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH2) σχηματίζει N-αλκυλο-3-μεθυλο-1-βουταναμίνη (RNHCH2CH2CH(CH3)2): Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-3-μεθυλο-1-βουταναμίνη [R'N(CH2CH2CH(CH3)2)R]: 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}: Υποκατάσταση από φωσφύλιο Με φωσφίνη σχηματίζει 3-μεθυλο-1-βουτανοφωσφαμίνη: Υποκατάσταση από νιτροομάδα Με νιτρώδη άργυρο (AgNO2) σχηματίζει 3-μεθυλο-1-νιτροβουτάνιο ((CH3)2CHCH2CH2NO2): Υποκατάσταση από φαινύλιο Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 3-μεθυλο-1-φαινυλοβουτάνιο: 1. Με λίθιο (Li σχηματίζει 3-μεθυλοβουτυλολίθιο: 2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει 3-μεθυλο-1-βουτυλομαγνησιοφθορίδιο: 1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH4) παράγεται μεθυλοβουτάνιο: 2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται μεθυλοβουτάνιο: 3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθυλοβουτάνιο: 4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.: 1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 5-μεθυλο-1-φθορεξάνιο ((CH3)2CHCH2CH2CH2CH2F): 2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 5-μεθυλο-1-φθορο-1-εξένιο ((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: 4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 6-μεθυλο-1-φθορεπτάνιο: 5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει 1-(3΄-μεθυλοβουτοξυ)-2-φθοραιθάνιο: Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο παράγεται 3-μεθυλο-1-βουτένιο: Τα καρβένια (π.χ. [:CH2]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμε: 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%. 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