1,2-βουταδιένιο

Το 1,2-βουταδιένιο (αγγλικά: 1,2-butadiene) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C5H8 και ημισυντακτικό τύπο CH3CH=C=CH2. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκαδιενίων και στην κατηγορία των αλλενίων. Το χημικά καθαρό 1,2-βουταδιένιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι εξαιρετικά εύφλεκτο αέριο.

 Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο που αποτελείται από τρία (3) άτομα υδρογόνου και ένα μεθύλιο (-CH3) ενωμένα με μια τριάδα ατόμων άνθρακα, που συνδέονται μεταξύ τους με δύο διαδοχικούς διπλούς δεσμούς. Το #1 και το #3 άτομα άνθρακα, που περιέχει, βρίσκονται σε υβριδισμό sp², το #2 σε sp, ενώ τέλος το #4 σε sp³. Οι δεσμοί H-C#1-Η και H-C#1=C#2 σχηματίζουν γωνίες περί τις 120°. Τα επίπεδα των δεσμών H-C#1-Η και H-C#3-C#4 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 1,2-βουταδιενίου είναι υπεύθυνοι για τη χρήσιμη δραστικότητά του. Η περιοχή των διπλών δεσμών χαρακτηρίζεται από (σχετικά) υψηλή ηλεκτρονιακή πυκνότητα, ιδιαίτερα περί το #2 άτομο άνθρακα,που επομένως είναι ευάλωτη σε επιδράσεις ηλεκτρονιόφιλων. Πολλές αντιδράσεις του 1,2-βουταδιενίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του 1,2-βουταδιενίου. Με απόσπαση δύο (2) ισοδυνάμων αλογόνου (X2) από 1,2,2,3-τετραλοβουτάνιο παράγεται 1,2-βουταδιένιο: 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 1,2-. Με το οξυγόνο (O2) του αέρα καίγεται παρέχοντας φλόγα εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας: Με επίδραση όζοντος (O3, οζονόλυση) σε 1,2-βουταδιένιο, παράγεται ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε μεθανάλη, αιθανάλη και διοξείδιο του άνθρακα: Η διυδροξυλίωση 1,2-βουταδιενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2): 1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4). Παράγει 1-υδροξυ-2-βουτανόνη: 2. Επίδραση καρβοξυλικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Παράγει 3. Μέθοδος Σάρπλες (Sharpless). Παράγει 1-υδροξυ-2-βουτανόνη: 4. Μέθοδος Γούντγαρντ (Woodward). Παράγει 1-υδροξυ-2-βουτανόνη: Ενδιάμεσα των μεθόδων 1-4 παράγεται 2-βουτεν-1,2-όλη [CH3CH=C(OH)CH2OH, ασταθής ενόλη] που ισομερειώνεται σε 1-υδροξυ-2-βουτανόνη: 5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 1,3-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 1,2-βουταδιένιο, παρουσία νερού (H2O). Αντίδραση Πρινς (Prins). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 1-υδροξυ-3-πεντανόνη: Ενδιάμεσα παράγεται 3-πεντεν-1,3-διόλη [CH3CH=C(OH)CH2CH2OH, ασταθής ενόλη], που ισομερειώνεται σε 1-υδροξυ-3-πεντανόνη. Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) παράγεται τελικά αιθανικό οξύ και διοξείδιο του άνθρακα: Ενδιάμεσα παράγεται και μεθανικό οξύ: 1. Επίδραση θειικού οξέος (H2SO4) και στη συνέχεια νερού (H2O, ενυδάτωση). Παράγεται βουτανόνη: Ενδιάμεσα παράγεται 2-βουεν-2-όλη [CH3CH=C(OH)CH3, ασταθής ενόλη] που ισομερειώνεται σε βουτανόνη.2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2). Παράγεται τρι(2-βουτενυλο)βοράνιο και στη συνέχεια 2-βουτεν-1-όλη: Προσθήκη διβορανίου (B2H4) έχει το ίδιο αποτέλεσμα.3. Αντίδραση με οξικό υδράργυρο [(CH3COO)2Hg] και έπειτα αναγωγή. Παράγεται βουτανόνη: Ενδιάμεσα παράγεται 2-βουτεν-2-όλη (ασταθής ενόλη), που τελικά ισομερειώνεται σε βουτανόνη.4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Πρινς (Prins) με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε προπαδιένιο απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει 2-μεθυλο-2,3-πενταδιεν-1-όλη: Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται 1-αλοβουτανόνη: Ενδιάμεσα παράγεται 1-αλο-2-βουτεν-2-όλη (ασταθής ενόλη), που τελικά ισομερειώνεται σε 1-αλοβουτανόνη Η παραπάνω αντίδραση ισχύει όταν X: Cl, Br και I. Αν X = F, παράγεται 2-φθορο-2-βουτεν-1-όλη: C H 3 C H = C = C H 2 + H O F → C H 3 C H = C F C H 2 O H {\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH=C=CH_{2}+HOF{\xrightarrow {}}CH_{3}CH=CFCH_{2}OH} } Με καταλυτική υδρογόνωση 1,2-βουταδιενίου σχηματίζεται αρχικά 2-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια υδρογόνου) βουτάνιο: 1. Με προσθήκη αλογόνου (X2, αλογόνωση) σε 1,2-βουταδιένιο έχουμε προσθήκη στους διπλούς δεσμούς. Παράγεται αρχικά 1,2-διαλο-2-βουτένιο και στη συνέχεια, με περίσσεια αλογόνου, 1,2,2,3-τετραλοβουτάνιο. Π.χ.: 2. Υποκατάσταση σε αλλυλική θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς τους διπλούς δεσμούς. Παράγεται 4-αλο-1,2-βουταδιένιο: Π.χ.: Η αλλυλική υποκατάσταση ευνοείται με ορισμένα ειδικά αντιδραστήρια αλογόνωσης ή σε υψηλές θερμοκρασίες. Με προσθήκη υδραλογόνων (HX, υδραλογόνωση) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται αρχικά 2-αλο-2-βουτένιο και στη συνέχεια, με περίσσεια υδραλογόνου, 2,2-διαλοβουτάνιο: Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN, υδροκυάνωση) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται 2-μεθυλοπροπεν-2-νιτρίλιο: 1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται αρχικά 2-βουτεν-2-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε 2-βουτενιμίνη: Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή. 2. Προσθήκη πρωτοταγούς αμίνης. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται Ν-μεθυλο-2-βουτεν-2-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε Ν-μεθυλο-2-βουτεν-2-ιμίνη:3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται N,N-διμεθυλο-2-βουτεν-2-αμίνη: Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται 2-μεθυλο-2-βουτενάλη ή 3-πεντενάλη. Π.χ.: Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή. Όπου x ∈ [ 0 , 1 ] {\displaystyle \mathrm {x\in [0,1]} } . 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 4-αιθυλιδενο-1,3-διοξάνιο και 5-αιθυλιδενο-1,3-διοξάνιο: Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε 1,2-βουταδιένιο (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Ντιλς-Άλντερ) που οδηγεί σε παραγωγή παραγώγου κυκλοεξενίου. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παίρνουμε 4-αιθυλιδενοκυκλοεξένιο: Κατά την επίδραση αλκίνια και μονοξειδίου του άνθρακα (CO) σε 1,2--βουταδιένιο έχουμε την ονομαζόμενη αντίδραση Παύσον-Χαντ (Pauson-Khand) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοπεντενόνης. Π.χ. με αιθίνιο παράγεται μείγμα από 4-αιθυλιδενο-2-κυκλοπεντενόνη και 5-αιθυλιδενο-2-κυκλοπεντενόνη: 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