1-βουτίνιο

To 1-βουτίνιο (αγγλικά: 1-butyne) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C4H6 και ημισυντακτικό τύπο CH3CH2C≡CH. Είναι εξαιρετικά εύφλεκτο και χημικά δραστικό αλκίνιο που χρησιμοποιείται ως πρόδρομη ένωση για τη σύνθεση άλλων οργανικών ενώσεων. Το χημικά καθαρό 1-βουτίνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο αέριο.

 Με βάση τον παραπάνω αναφερόμενο χημικό τύπο του, έχει τα ακόλουθα οκτώ (8) ισομερή θέσης: Το 2-βουτίνιο: Ένα αλκίνιο. Το 1,2-βουταδιένιο: Ένα αλλένιο. Το 1,3-βουταδιένιο: Ένα συζυγές αλκαδιένιο. Το κυκλοβουτένιο: Ένα κυκλοαλκένιο. Το 1-μεθυλοκυκλοπροπένιο: Ένα κυκλοαλκένιο. Το 3-μεθυλοκυκλοπροπένιο: Ένα κυκλοαλκένιο. Το μεθυλενοκυκλοπροπάνιο: Ένα κυκλοαλκένιο. Το δικυκλοβουτάνιο: Ένα δικυκλοαλκάνιο. Η ονομασία «1-βουτίνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-ιν-» δείχνει την παρουσία ενός (1) τριπλού δεσμού μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες, δηλαδή ότι είναι υδρογονάνθρακας. Τέλος, ο αριθμός θέσης του τριπλού δεσμού («1-») προτάσσεται υποχρεωτικά στην ονομασία της ένωσης, ώστε η ένωση να διαχωρίζεται από την ισομερή της 2-βουτίνιο. Τα δύο (2) άτομα άνθρακα του τριπλού δεσμού, που περιέχει, βρίσκονται σε υβριδισμό sp και συνδέονται με σύστημα τριών (3) δεσμών, δηλαδή ένα (1) σ και δύο (2) π. Τα άλλα δύο (2) άτομα άνθρακα βρίσκονται σε sp³ υβριδισμό. Οι π-δεσμοί στο μόριο του 1-βουτινίου είναι υπεύθυνοι για τη χρήσιμη χημική δραστικότητά του. Η περιοχή του τριπλού δεσμού χαρακτηρίζεται από (σχετικά) υψηλή ηλεκτρονιακή πυκνότητα, που επομένως είναι ευάλωτη σε επιδράσεις ηλεκτρονιόφιλων. Πολλές αντιδράσεις του 1-βουτινίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του 1-βουτινίου. Με απόσπαση δύο ισοδυνάμων υδραλογόνου από 1,1-διαλοβουτάνιο, με χρήση υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), παράγεται 1-βουτίνιο: Με απόσπαση δύο ισοδυνάμων αλογόνου από 1,1,2,2-τετραλοβουτάνιο, με χρήση ψευδαργύρου (Zn), παράγεται 1-βουτίνιο: Το αιθινικό νάτριο μπορεί να αιθυλιωθεί με αιθυλαλογονίδιο, παράγοντας 1-βουτίνιο: Εμφανίζει όλες τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ακόρεστων υδρογονανθράκων: Με το οξυγόνο του αέρα καίγεται παρέχοντας κυανή φλόγα υψηλότατης θερμοκρασίας: Με επίδραση θειικού οξέος και στη συνέχεια νερού (ενυδάτωση) σε 1-βουτίνιο, παρουσία ιόντων υδραργύρου (Hg), παράγεται βουτανόνη (CH3CH2COCH3): Ενδιάμεσα παράγεται 2-βουτεν-1-όλη (ασταθής ενόλη) που ισομερειώνεται σε βουτανόνη . Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) 1-βουτίνιο παράγεται 1-αλοβουτανόνη: Ενδιάμεσα παράγεται 1-αλο-1-βουτεν-2-όλη (ασταθής ενόλη) που ισομερειώνεται σε 1-αλοβουτανόνη. Τα παραπάνω ισχύουν μόνο όταν το αλογόνο (X) είναι χλώριο, βρώμιο ή ιώδιο, γιατί αν είναι φθόριο, τότε η προσθήκη είναι διαφορετική, με ενδιάμεσο προϊόν 2-φθορο-1-βουτεν-2-όλη και τελικό προϊόν 2-φθοροβουτανάλη: Με καταλυτική υδρογόνωση 1-βουτίνιου σχηματίζεται αρχικά 1-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια υδρογόνου) βουτάνιο.: Με επίδραση αλογόνου (X2) (αλογόνωση) σε 1-βουτίνιο έχουμε προσθήκη στον τριπλό δεσμό. Παράγεται αρχικά 1,2-διαλο-1-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια αλογόνου) 1,1,2,2-τετραλοβουτάνιο.: Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε 1-βουτίνιο παράγεται αρχικά 2-αλο-1-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια υδραλογόνου) 2,2-διαλοβουτάνιο.: Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN) (υδροκυάνωση) σε 1-βουτίνιο παράγεται αιθυλοπροπενονιτρίλιο: Η διυδροξυλίωση 1-βουτίνιου , αντιστοιχεί σε προσθήκη H2O2 και παράγει 1-υδροξυβουτανόνη: 1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) σε 1-βουτίνιο: 2. Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου σε 1-βουτίνιο: Ενδιάμεσα παράγεται 1-βουτεν-1,2-διόλη (ασταθής ενόλη) που ισομερειώνεται σε 1-υδροξυβουτανόνη. Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) σε 1-βουτίνιο παράγεται 2-οξοβουτανικό οξύ: Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε 1-βουτίνιο παράγεται 2-αλκοξυ-1-βουτένιο: Με επίδραση καρβοξυλικών οξέων (RCOOH) σε 1-βουτίνιο παράγεται καρβοξυλικός αιθυλοβινυλεστέρας: Με επίδραση όζοντος (οζονόλυση) σε 1-βουτίνιο παράγεται αρχικά ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε 2-οξοβουτανάλη: 1. Αντιδρά με το νατραμίδιο (NaNH2), σε υγρή αμμωνία, σχηματίζοντας βουτινικό νάτριο: 2. Αντιδρά με το βουτυλολίθιο, σε ψυχρό τετραϋδροφουράνιο, σχηματίζοντας βουτινικό λίθιο: 3. Με επίδραση μεταλλικού νατρίου σε 1-βουτίνιο παράγεται βουτινικό νάτριο: Το βουτανικό νάτριο αποτελεί πρώτη ύλη για την παραγωγή άλλων παραγώγων με τριπλό δεσμό, γιατί αντιδρά με αλκυλαλογονίδια (RX): 4. Με επίδραση ιόντων αργύρου (Ag+) και παρουσία αμμωνίας (NH3) παράγεται ένα λευκό στερεό, ο βουτινικός άργυρος: 5. Με επίδραση ιόντων μονοσθενούς χαλκού (Cu+) και παρουσία αμμωνίας (NH3) παράγεται ένα κεραμιδί στερεό, ο βουτινικός χαλκός: Οι αντιδράσεις #4 και #5 χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση της ομάδας -C≡CH. Ο Γουώλτερ Ρέππε (Walter Reppe) ανακάλυψε ότι, παρουσία διαφόρων καταλυτών, το 1-βουτίνιο μπορεί να αντιδράσει με διάφορα αντιδραστήρια παράγοντας μια ευρεία ποικιλία βιομηχανικά σημαντικών χημικών. Το χημικά καθαρό αιθίνιο είναι άοσμο, αλλά το εμπορικού βαθμού καθαρότητας αιθίνιο έχει μια χαρακτηριστική οσμή, εξαιτίας προσμείξεων. 1. Με αλκοόλες (ROH), με το υδροκυάνιο (HCN), με το υδροχλώριο (HCl) και με καρβοξυλικά οξέα (RCOOH), το 1-βουτίνιο παράγει αιθυλοβινυλενώσεις (δηλαδή ενώσεις γενικού τύπου AC(CH2CH3)=CH2): 2. Με αλδεΰδες (RCHO) δίνει (1-βουτινυλ)όλες, σύμφωνα με την αντίδραση Φαβόρσκιυ (Favorskii reaction): 3. Με αντίδραση 1-βουτινίου με μονοξείδιο του άνθρακα και νερό ή αλκοόλη παράγεται αιθυλοπροπενικό οξύ ή αιθυλοπροπενικός εστέρας, αντιστοίχως, που χρησιμοποιούνται, με τη σειρά τους, για την παραγωγή ακρυλικού γυαλιού και άλλων ακρυλικών προϊόντων: 4. Με κυκλοποίηση (μαζί με ολιμερισμό) 1-βουτινίου παράγονται το 1,3,5-τριαιθυλοβενζόλιο, το 1,3,5,7-τετραιθυλοκυκλοοκτατετραένιο και η 2,5-διαιθυλυδροκινόνη: Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε 1-βουτίνιο σχηματίζονται 1-πεντίνιο, μεθυλοβουτίνιο, 2-πεντίνιο και 1-αιθυλοκυκλοπροπένιο: Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε:1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C4-H: Προκύπτει 1-πεντίνιο, ένα αλκίνιο. 2. Παρεμβολή στους τρεις (2) δεσμούς C3-H: Προκύπτει μεθυλοβουτίνιο, ένα αλκίνιο. 3. Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό C1-H: Προκύπτει 2-πεντίνιο, ένα αλκίνιο. 4. Προσθήκη στον έναν (1) τριπλό δεσμό: Προκύπτει 1-αιθυλοκυκλοπροπένιο, ένα κυκλοαλκένιο.Προκύπτει επομένως μίγμα 1-πεντινίου ~43%, μεθυλο-1-βουτινίου ~29%, 2-πεντινίου ~14% και 1-αιθυλοκυκλοπροπενιου ~14%. Με τη χρήση μεθυλενοδιιωδιδίου (CH2I2) και ψευδαργύρου (Zn) επικρατεί η προσθήκη, οπότε είναι: 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 NIST Chemistry WebBook page for 1-butyne