Προπανάλη

Ονοματολογία

Η ονομασία «προπανάλη» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-άλη» φανερώνει ότι περιέχει μια φορμυλομάδα (-CHO) ως κύρια χαρακτηριστική ομάδα, δηλαδή ότι πρόκειται για αλδεΰδη.
Η ονομασία «1-οξοπροπάνιο» προέρχεται από την «ονοματολογία υποκατάστασης», κατά την οποία η ένωση υποτίθεται ότι είναι προπάνιο, του οποίου δύο άτομα υδρογόνου, του #1 ατόμου άνθρακα, υποκαθίσταται από ένα άτομο οξυγόνου, που συνδέεται με διπλό δεσμό.

Διαστρική προπανάλη

Από το 2004 και μετά, ερευνητές ανακάλυψαν νέα διαστρικά μόρια, ένα από τα οποία είναι η προπανάλη. Η ερευνητική ομάδα ανίχνευσε αιθαναμίδιο (CH₃CONH₂), προπενάλη (CH₂=CHCHO), προπανάλη και αιθενυλιδενιμίνη (CH₂=C=NH) στο Νεφέλωμα B2 Τοξότη, ενώ 2,4-εξαδιινονιτρίλιο (CH₃C ≡ CC ≡ CN), 1,3,5-επτατριίνιο (CH₃C ≡ CC ≡CC ≡ CH) και βουταδιενονιτρίλιο (CH₂=C=CHCN) βρέθηκαν στο μοριακό νέφος TMC-1 του Ταύρου. Το πρώτο βρίσκεται κοντά στο κέντρο του Γαλαξία και περίπου σε απόσταση 26.000 έτη φωτός από τη Γη, ενώ το μοριακό νέφος TMC-1 βρίσκεται σε απόστααση 450 ετών φωτός από το Νεφέλωμα B2 Τοξότη. Δύο χρόνια έρευνας οδήγησαν σε αυτές τις ανακαλύψεις, «ένα γεγονός χωρίς προηγούμενο στην 35χρονη ιστορία της αναζητήσεως σύνθετων μορίων στο διάστημα, που υποδεικνύει ότι μια συμπαντική προβιωτική χημεία» κατά τον Jan M. Hollis της NASA, που ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας. Για την ταυτοποίηση της προπανάλης, η ομάδα αναζήτησε τις χαρακτηριστικές της φασματικές γραμμές εκπομπής στα ραδιοκύματα που προέρχονταν από το νέφος. Ανακαλύφθηκαν γραμμές από μόρια προπανάλης και προπενάλης. Η ύπαρξη των δύο αλδεϋδών θα βοηθήσει στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι μοριακοί δομικοί λίθοι συνενώνονται σε πιο πολύπλοκα μόρια στον διαστρικό χώρο.
Στις 30 Ιουλίου 2015 επιστήμονες ανέφεραν ότι μετρήσεις που έγιναν από τις συσκευές COSAC και Ptolemy,  κατά τα την πρώτη προσεδάφιση του Philae lander στην επιφάνεια του κομήτη 67/P‍‍, αποκάλυψαν την παρουσία 16 οργανικών ενώσεων (εκεί), τέσσερεις (4) από αυτές παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά σε κομήτη. Οι τέσσερεις (4) αυτές ενώσεις - έκπληξη ήταν το αιθαναμίδιο, η προπανόνη, το αιθανοϊσονιτρίλιο και η προπανάλη.

Βιομηχανική

Η προαπανάλη παράγεται βιομηχανικά κυρίως μέσω υδροφορμυλίωσης, με συνδυασμό υδραερίου (δηλαδή μονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο) και αιθενίου, χρησιμοποιοώντας μεταλλικό καταλύτη,  τυπικά ρόδιο:
Με αυτόν τον τρόπο παράγονται αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες τόννοι προπανάλης ετησίως.

Εργαστηριακή

Η προπανάλη μπορεί επίσης να παραχθεί με οξείδωση 1-προπανόλης με μίγμα θειικού οξέος και διχρωμικού καλίου. Ο επαναληπτικός συμπυκνωτήρας περιέχει νερό 60 °C, που συμπυκνώνει την 1-προπανόλη που δεν πρόλαβε να αντιδράσει, αλλά επιτρέπει στην προπανάλη να περάσει. Οι ατμοί προπανάλης στη συνέχεια συμπυκνώνονται μέσα σε έναν κατάλληλο υποδοχέα. Με αυτήν τη διάταξη κάθε ποσότητα προπανάλης που παράγεται απομακρύνεται άμεσα από τον αντιδραστήρα, ώστε να αποφευχθεί η ανεπιθύμητη (σε αυτήν την περίπτωση) οξείδωση της προπανάλης σε προπανικό οξύ:

Με μερική οξείδωση 1-προπανάλης

Με μερική οξείδωση 1-προπανόλης, με σχετικά ήπια οξειδωτικά μέσα, όπως το τριοξείδιο του χρωμίου:

Με επίδραση αιθυλομαγνησιοαλογονίδιου σε φορμικό εστέρα

Με επίδραση αιθυλομαγνησιοαλογονίδιου σε φορμικό εστέρα:

Με έμμεση μερική αναγωγή προπανικού οξέος

1. Αρχικά το προπανικό οξύ μετατρέπεται σε προπανοϋλοχλωρίδιο:
2. Το προπανοϋλοχλωρίδιο ανάγεται καταλυτικά άμεσα προς προπανάλη:

Με οζονόλυση 3-εξένιου

Με οζονόλυση 3-εξενίου παράγεται τελικά προπανάλη:

Με επίδραση υπεριωδικού οξέως σε 3,4-εξανοδιόλη

Με επίδραση υπεριωδικού οξέος σε 3,4-εξανοδιόλη παράγεται προπανάλη:

Ισομερείωση 2-μεθυλοξιράνιου

Με ισομερείωση 2-μεθυλοξιράνιου, στους 300 °C, πάνω από silica gel, μπορεί να συνθεθεί προπανάλη:

Με υδρογόνωση 2-προπενάλης

Με καταλυτική προσθήκη υδρογόνου σε 2-προπενάλη, μπορεί να συνθεθεί προπανάλη

Ταυτομέρεια με 1-προπεν-1-όλη

Η προπανάλη βρίσκεται πάντα σε χημική ισορροπία με την ταυτομερή της 1-προπεν-1-όλη. Μπορεί να καταλυθεί προς την επιθυμητή κατεύθυνση με παρουσία οξέων ή βάσεων:

Αναγωγή προς 1-προπανόλη

Μπορεί να αναχθεί προς 1-προπανόλη με τις ακόλουθες μεθόδους
1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄):
2. Με καταλυτική υδρογόνωση:

Αναγωγή προς προπάνιο

Μπορεί να αναχθεί προς προπάνιο με την μεθόδο Wolff-Kishner

Οξείδωση προς 2-οξοπροπανάλη

Μπορεί να οξειδωθεί προς 2-οξοπροπανάλη με χρήση διοξειδίου του σεληνίου

Προσθήκη ύδατος

Με προσθήκη ύδατος σε προπανάλη παράγεται, σε χημική ισορροπία, η μη απομονώσιμη ασταθής 1,1-προπανοδιόλη:

Προσθήκη 1,2-αιθανοδιόλης

Με προσθήκη 1,2-αιθανοδιόλης παράγεται 2-αιθυλο-1,3-διοξολάνιο:

Συμπύκνωση με δευτεροταγείς αμίνες

Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (RNHR') παράγεται αρχικά 1-(διαλκυλαμινο)-1-προπανόλη, η οποία στη συνέχεια με αφυδάτωση μπορεί να δώσει Ν,Ν-διαλκυλο-1-προπεν-1-αμίνη:

Αλδολική συμπύκνωση

Με επίδραση βάσης έχουμε τη λεγόμενη αλδολική συμπύκνωση, η οποία όταν γίνεται με τον εαυτό της, παράγεται αρχικά 2-μεθυλο-3-υδροξυπεντανάλη, η οποία στη συνέχεια με αφυδάτωση μπορεί να δώσει 2-μεθυλοπεντεν-2-άλη:

Συμπύκνωση με «ενεργές» μεθυλενομάδες

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:

Συμπύκνωση με α-αλεστέρες

Με επίδραση α-αλεστέρων (R'CHXCOOR) έχουμε την αντίδραση Darzen, κατά την οποία τελικά παράγεται 2-αιθυλο-1-καρβαλκοξυοξιράνιο. Π.χ. με αλαιθανικό αλκυλεστέρα (XCH₂COOR) έχουμε:

Επίδραση φωσφοροϋλιδίων

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων [Ph₃P⁺C⁻(R)R'] έχουμε τη λεγόμενη αντίδραση Wittig, με την οποία παράγεται 1,1-διαλκυλο-1-βουτένιο:

Προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων

Είναι δυνατή η προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων στο διπλό δεσμό C=O που περιέχει η προπανάλη. Π.χ.::
1. Με προσθήκη υδροκυανίου παράγεται αρχικά 2-υδροξυβουτανονιτρίλιο, από το οποίο με υδρόλυση μπορεί να παραχθεί 2-υδροξυβουτανικό οξύ:
2. Με προσθήκη όξινου θειικού νατρίου παράγεται 1-υδροξυ-1-προπανοσουλφονικό οξύ:
3. Με προσθήκη αλκυλομαγνησιοαλογονιδίου (RMgX) παράγεται 1-αλκυλο-1-προπανόλη:
4. Με προσθήκη πενταχλωριούχου φωσφόρου παράγεται 1,1-διχλωροπροπάνιο:

Αλογόνωση

Με επίδραση αλογόνου (X₂) έχουμε προσθήκη του στην ταυτομερή 1-προπεν-1-όλη. Παράγεται αρχικά η ασταθής 1,2-διαλο-1-προπανόλη που αφυδραλογονώνεται σχηματίζοντας τελικά 2-αλοπροπανάλη:

Επίδραση διαζωμεθανίου

Με επίδραση διαζωμεθάνιου παράγεται αιθυλοξιράνιο:

Επίδραση υδραζωτικού οξέος

Με επίδραση υδραζωτικού οξέος (αντίδραση Achmidt) παράγεται προπανονιτρίλιο και αιθυλαμινομεθανάλη:

Προσθήκη αλκοολών

Με προσθήκη αλκοόλης (ROH) παράγεται αρχικά 1-αλκοξυπροπανόλη και έπειτα, με περίσσεια αλκοόλης 1,1-διαλκοξυπροπάνιο:

Αντίδραση Stracker

Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH₃) σε προπανάλη παράγεται αρχικά 2-αμινοβουτανονιτρίλιο και στη συνέχεια, με υδρόλυση, 2-αμινοβουτανικό οξύ (ένα μη πρωτεϊνικό αμινοξύ):

Φωτοχημική προσθήκη σε αλκένια

Με επίδραση προπανάλης σε αιθένιο σχηματίζεται φωτοχημικά 2-αιθυλοξετάνιο (Αντίδραση Paterno–Büchi):

Επίδραση καρβενίων

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγονται βουτανάλη, μεθυλοπροπανάλη, βουτανόνη και αιθυλοξιράνιο:

Εφαρμογές

Η προπανάλη χρησιμοποιήθηκε ως πρώτη ύλη για την παραγωγή 2-μεθυλο-2-(υδροξυμεθυλο)-1,2-προπανοδιόλη [CH₃C(CH₂OH)₃] με αντίδραση συμπύκνωσης με μεθανόλη. Αυτή η τριόλη είναι σημαντική πρώτη ύλη για αλκυδρητίτες.
Επίσης, η προπανάλη συμπυπνώνεται με 2-μεθυλο-2-προπαναμίνη [(CH₃)₃CNH₂] για την παραγωγή Ν-(διμεθυλαιθυλο)-1-προπανιμίνης [CH₃CH₂CH=N-C(CH₃)₃], μια ιμίνη, που χρησιμοποιείται σε παραπέρα οργανικές συνθέσεις. Με επίδραση διισοπροπυλαμίδιο του λιθίου [LiN(CH(CH₃)₂)₂] Ν-(διμεθυλαιθυλο)-2-λιθιο-1-προπανιμίνη [CH₃CHLiCH=N-C(CH₃)₃] που με τη σειρά του συμπυκνώνεται με (διάφορες) αλδεΰδες.