Βουτανάλη

Η βουτανάλη ή βουτυραλδεΰδη ή και βουτυρική αλδεΰδη (αγγλικά: butanal) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, Οξυγόνο και Υδρογόνο, με μοριακό τύπο C4H8O, αν και συχνά γράφεται πιο αναλυτικά ως CH3CH2CH2CHO ή και (συντομογραφικά) PrCHO. Είναι μια από τις αλδεΰδες. Η χημικά καθαρή βουτανάλη, στις συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και πίεση 1 atm), είναι ένα άχρωμο υγρό, με έντονη οσμή ιδρωμένων ποδιών, και θερμοκρασία βρασμού (υπό πίεση 1 atm) τους 75 °C. Αποτελεί ενδιάμεσο προϊόν στη παρασκευή διαφόρων βιομηχανικών υλικών, όπως πρώτες ύλες διαφόρων εφαρμογών πλαστικοποίησης, ως διαλύτης, ή ως αντιαφριστικό πρόσθετο.

 Με βάση το χημικό της τύπο, C4H8O, έχει τα ακόλουθα εικοσιπέντε (25) ισομερή: 1-βουτεν-1-όλη (ελάσσων ταυτομερές της βουτανάλης) με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2CH=CHOH. 2-βουτεν-1-όλη ή 3-μεθυλαλλυλική αλκοόλη με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH=CHCH2OH. 3-βουτεν-1-όλη με σύντομο συντακτικό τύπο CH2=CHCH2CH2OH. 2-βουτεν-1-όλη (ελάσσων ταυτομερές της βουτανόνης) με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2C(OH)=CH2. 2-βουτεν-2-όλη (ελάσσων ταυτομερές της βουτανόνης) με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH=C(OH)CH3. 3-βουτεν-2-όλη με σύντομο συντακτικό τύπο CH2=CHCH(OH)CH3. Μεθυλο-1-προπενόλη (ελάσσων ταυτομερές της μεθυλοπροπανάλης) με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2C=CHOH. Μεθυλο-2-προπενόλη ή 2-μεθυλαλλυλική αλκοόλη με σύντομο συντακτικό τύπο CH2=C(CH3)CH2OH. Αιθυλοβινυλαιθέρας ή αιθοξυαιθένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2OCH=CH2. Μεθυλο-1-προπενυλαιθέρας ή 1-μεθοξυπροπένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH3OCH=CHCH3. Μεθυλο-2-προπενυλαιθέρας ή 3-μεθοξυπροπένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH3OCH2CH=CH2. Μεθυλο(μεθυλοβινυλ)αιθέρας ή 2-μεθοξυπροπένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH3OC(CH3)=CH2. Μεθυλοπροπανάλη (κύριο ταυτομερές) της μεθυλοπροπεν-1-όλης με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CHCHO. Βουτανόνη (κύριο ταυτομερές) της 2-βουτεν-2-όλης και της 2-βουτεν-3-όλης) με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2COCH3. Κυκλοβουτανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο . 1-μεθυλοκυκλοπροπανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο . 2-μεθυλοκυκλοπροπανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο . Κυκλοπροπυλομεθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο . Κυκλοπροπυλομεθυλαιθέρας με σύντομο συντακτικό τύπο . Οξολάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο . 2-μεθυλοξετάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο . 3-μεθυλοξετάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο . Αιθυλοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο . 2,2-διμεθυλοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο . 2,3-διμεθυλοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο . Η συνηθισμένη βιομηχανική μέθοδος παραγωγής της είναι με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε προπένιο. Η μέθοδος είναι γνωστή ως «υδροφορμυλίωση προπενίου»: Παραδοσιακά, η υδροφορμυλίωση προπενίου για την παραγωγή βουτανάλης καταλύονταν αρχικά από σύμπλοκα κοβαλτίου - μονοξειδίου του άνθρακα, αλλά αργότερα ο χρησιμοποιούμενος καταλύτης αντικαταστάθηκε από σύμπλοκα ροδίου και τριφαινυλοφωσφίνης. Η επικρατούσα σχετική τεχνολογία περιλαμβάνει χρήση των ροδιούχων καταλυτών από το υδατοδιαλυτό αντιδραστήριο Tppts. Ένα υδατικό διάλυμα του παραπάνω αναφερόμενου ροδιούχου καταλύτη μετατρέπει το προπένιο σε βουτανάλη, που σχηματίζει μια ελαφρύτερη, μη αναμίξιμη με το νερό, υγρή φάση. Περίπου 6 εκατομμύρια τόννοι βουτανάλης παράγονται παγκοσμίως ανά έτος, με την παραπάνω αναψερόμενη διεργασία της υδροφορμυλίωσης προπενίου. Χρησιμοποιείται όμως και η παρακάτω αναφερόμενη μέθοδος της καταλυτικής αφυδρογόνωσης 1-βουτανόλης, ενώ παλαιότερα χρησιμοποιήθηκε και η μέθοδος υδρογόνωσης 2-βουυτενάλης, που παράγονταν με τη σειρά της από την αιθανάλη. Χρειάζεται σχετικά ογκώδης καταλύτης, για να ευνοηθεί ο σχηματισμός βουτανάλης και όχι της ισομερούς της μεθυλοπροπανάλης. Με επίδραση προπυλομαγνησιοαλογονίδιου σε φορμικό εστέρα Με επίδραση προπυλομαγνησιοαλογονίδιου σε φορμικό εστέρα: Με μερική οξείδωση 1-βουτανόλης Με μερική οξείδωση 1-βουτανόλης, με σχετικά ήπια οξειδωτικά μέσα, όπως το τριοξείδιο του χρωμίου: Με έμμεση μερική αναγωγή βουτανικού οξέος 1. Αρχικά το βουτανικό οξύ μετατρέπεται σε βουτανοϋλοχλωρίδιο: 2. Το βουτανοϋλοχλωρίδιο ανάγεται καταλυτικά άμεσα προς βουτανάλη: Με οζονόλυση 4-οκτένιου Με οζονόλυση 4-οκτενίου παράγεται τελικά βουτανάλη: Με επίδραση υπεριωδικού οξέος σε 4,5-οκτανοδιόλη Με επίδραση υπεριωδικού οξέος σε 4,5-οκτανοδιόλη παράγεται βουτανάλη: Όταν η βουτανάλη εκτίθεται στον ατμοσφαιρικό αέρα οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε βουτανικό οξύ. Η βουτανάλη βρίσκεται πάντα σε χημική ισορροπία με την ταυτομερή της 1-βουτεν-1-όλη. Μπορεί να καταλυθεί προς την επιθυμητή κατεύθυνση με παρουσία οξέων ή βάσεων: Μπορεί να αναχθεί προς 1-βουτανόλη με τις ακόλουθες μεθόδους1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4): 2. Με καταλυτική υδρογόνωση: Μπορεί να αναχθεί προς βουτάνιο με την μεθόδο Wolff-Kishner Μπορεί να οξειδωθεί προς βουτανικό οξύ; 1. Με υπερμαγγανικό κάλιο: 2. Με τριοξείδιο του χρωμίου: 3. Με οξυγόνο: 4. Με αντιδραστήριο Tollens (αμμωνιακό διάλυμα νιτρικού αργύρου): 5. Με αντιδραστήρια Fehling: Οι αντιδράσεις 4-5 παρουσιάζονται απλοποιημένες και χρησιμοποιούνται γενικά για την ανίχνευση αλδεϋδομάδας (-CHO). Μπορεί να οξειδωθεί προς 2-οξοβουτανάλη με χρήση διοξειδίου του σεληνίου Με προσθήκη ύδατος σε προπανάλη παράγεται, σε χημική ισορροπία, η μη απομονώσιμη ασταθής 1,1-βουτανοδιόλη: Με προσθήκη 1,2-αιθανοδιόλης παράγεται 2-προπυλο-1,3-διοξολάνιο: Με προσθήκη 1,2-αιθανοδιθειόλης παράγεται 2-προπυλο-1,3-διθειολάνιο: Το 2-προπυλο-1,3-διθειολάνιο μπορεί να υποστεί αποθείωση Raney με νικέλιο και υδρογόνο, σχηματίζοντας βουτάνιο και αιθάνιο: Αντιδρά με αρκετά είδη αζωτούχων ενώσεων του γενικού τύπου NH2A, όπου το A μπορεί να είναι υδρογόνο, αλκύλιο, υδροξύλιο, αμινοξάδα και διάφορα άλλα. Με βάση το γενικό τύπο η γενική αντίδραση είναι η ακόλουθη: Μερικά σχετικά παραδείγματα αμέσως παρακάτω:1. Με αμμωνία παράγεται 1-βουτανιμίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = H: 2. Με πρωτοταγείς αμίνες (RNH2) παράγεται Ν-αλκυλο-1-βουτανιμίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = R: 3. Με υδροξυλαμίνη παράγεται 1-βουτανοξίμη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = OH: 4. Με υδραζίνη παράγεται αρχικά 1-βουτανυδραζόνη και με περίσσεια βουτανάλης διβουτυλιδεναζίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NH2: 5. Με φαινυλυδραζίνη παράγεαι 1-βουτυλιδενο-2-φαινυλυδραζόνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NHPh:: 6. Με υδραζινομεθαναμίδιο παράγεται (2-βουτυλιδενυδραζινο)μεθαναμίδιο. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NCONH2: Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (RNHR') παράγεται αρχικά 1-(διαλκυλαμινο)-1-βουτανόλη, η οποία στη συνέχεια με αφυδάτωση μπορεί να δώσει Ν,Ν-διαλκυλο-1-βουτεν-1-αμίνη: Με επίδραση βάσης έχουμε τη λεγόμενη αλδολική συμπύκνωση, η οποία όταν γίνεται με τον εαυτό της, παράγεται αρχικά 2-προπυλο-3-υδροξυεξανάλη, η οποία στη συνέχεια με αφυδάτωση μπορεί να δώσει 2-προπυλο-2-εξενάλη: Με επίδραση α-αλεστέρων (R'CHXCOOR) έχουμε την αντίδραση Darzen, κατά την οποία τελικά παράγεται 2-προπυλο-1-καρβαλκοξυοξιράνιο. Π.χ. με αλαιθανικό αλκυλεστέρα (XCH2COOR) έχουμε: Με την επίδραση «ενεργών» μεθυλενομάδων, δηλαδή ενώσεων του γενικού τύπου XCH2Y, όπου X,Y ηλεκτραρνητικές ομάδες όπως π.χ. κυανομάδα (CN), καρβαλκοξυομάδα (COOR), έχουμε την αντίδραση Knoevenagel: Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων [Ph3P+C-(R)R'] έχουμε τη λεγόμενη αντίδραση Wittig, με την οποία παράγεται 1,1-διαλκυλοπεντένιο-1: Είναι δυνατή η προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων στο διπλό δεσμό C=Ο που περιέχει η βουτανάλη. Π.χ.:: 1. Με προσθήκη υδροκυανίου παράγεται αρχικά 2-υδροξυπεντανονιτρίλιο, από το οποίο με υδρόλυση μπορεί να παραχθεί 2-υδροξυπεντανικό οξύ: 2. Με προσθήκη όξινου θειικού νατρίου παράγεται 1-υδροξυ-1-βουτανοσουλφονικό οξύ: 3. Με προσθήκη αλκυλομαγνησιοαλογονιδίου (RMgX) παράγεται 1-αλκυλο-1-βουτανόλη: 4. Με προσθήκη πενταχλωριούχου φωσφόρου παράγεται 1,1-διχλωροβουτάνιο: Με επίδραση αλογόνου (X2) έχουμε προσθήκη του στην ταυτομερή 1-βουτεν-1-όλη. Παράγεται αρχικά η ασταθής 1,2-διαλο-1-βουτανόλη που αφυδραλογονώνεται σχηματίζοντας τελικά 2-αλοβουτανάλη: Με επίδραση υδραζωτικού οξέος (αντίδραση Achmidt) παράγεται βουτανονιτρίλιο και προπυλαμινομεθανάλη: Με προσθήκη αλκοόλης (ROH) παράγεται αρχικά 1-αλκοξυ-1-βουτανόλη και έπειτα, με περίσσεια αλκοόλης 1,1-διαλκοξυβουτάνιο: Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH3) σε βουτανάλη παράγεται αρχικά 2-αμινοπεντανονιτρίλιο και στη συνέχεια, με υδρόλυση, 2-αμινοπεντανικό οξύ (ένα μη πρωτεϊνικό αμινοξύ): Με επίδραση βουτανάλης σε αιθένιο σχηματίζεται φωτοχημικά 2-προπυλοξετάνιο (Αντίδραση Paterno–Büchi): Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγονται πεντανάλη, 2-μεθυλοβουτανάλη, 3-μεθυλοβουτανάλη, 2-πεντανόνη και προπυλοξιράνιο: 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 Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.