Προπανάλη

Η προπιοναλδεΰδη (συστηματική ονομασία προπανάλη, αγγλικά: propanal) είναι οργανική χημική ένωση, και πιο συγκεκριμένα μια από τις αλδεΰδες. Έχει μοριακό τύπο C3H6O, αλλά συνηθέστερα χρησιμοποιείται ο ημισυντακτικός τύπος της CH3CH2CHO και ο συντομογραφικός EtCHO. Η χημικά καθαρή προπανάλη, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm),  είναι άχρωμο εύφλεκτο υγρό, με ελαφρά φρουτένια οσμή.

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.

Ισομέρεια 
Με βάση το μοριακό της τύπο, C3H6Ο έχει τα ακόλουθα οκτώ (8) ισομερή θέσης:
 1-προπεν-1-όλη (ελάσσων ταυτομερές της προπανάλης  με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH=CHOH (σε δύο (2) γεωμετρικά ισομερή).
 2-προπεν-1-όλη ή αλλυλική αλκοόλη με σύντομο συντακτικό τύπο CH2=CHCH2OH.
 προπεν-2-όλη (ελάσσων ταυτομερές της προπανόνης) με σύντομο συντακτικό τύπο CH3C(OH)=CH2.
 Βινυλομεθυλαιθέρας ή μεθοξυαιθένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH3OCH=CH2.
 Κυκλοπροπανόλη με γραμμικό τύπο .
 Προπανόνη (κύριο ταυτομερές) της 2-προπενόλης με σύντομο συντακτικό τύπο CH3COCH3.
 Οξετάνιο με γραμμικό τύπο .
 Μεθυλοξιράνιο με γραμμικό τύπο

Δομή

Εξωγήινη 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 προπενιμίνη (CH2=C=NH) στο μοριακό νέφος B2 Τοξότη, που βρίσκεται κοντά στο κέντρο του Γαλαξία και περίπου σε απόσταση 26.000 έτη φωτός από τη Γη. 

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.

Παραγωγή

Βιομηχανική 
Η προαπανάλη παράγεται βιομηχανικά κυρίως μέσω υδροφορμυλίωσης, με συνδυασμό υδραερίου (δηλαδή μείγματος μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου) και αιθενίου, χρησιμοποιώντας μεταλλικό καταλύτη,  τυπικά κοβάλτιο ή ρόδιο:

Με αυτόν τον τρόπο παράγονται αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες τόννοι προπανάλης ετησίως.

Εργαστηριακή 

Η προπανάλη μπορεί επίσης να παραχθεί με οξείδωση 1-προπανόλης με μείγμα 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 πτητικότερη 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:

Άλλες διαθέσιμες μέθοδοι

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

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

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 προπανικό οξύ 

Μπορεί να οξειδωθεί προς προπανικό 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 ανίχνχνευση αλδεϋδομάδας (-CHO).

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:

Προσθήκη 1,2-αιθανοδιθειόλης 

Με προσθήκη 1,2-αιθανοδιθειόλης παράγεται 2-αιθυλο-1,3-διθειολάνιο:
 

 Το 2-αιθυλο-1,3-διθειολάνιο μπορεί να υποστεί αποθείωση Raney με νικέλιο και υδρογόνο, σχηματίζοντας προπάνιο και αιθάνιο:

Αντιδράσεις με αζωτούχες ενώσεις 

Αντιδρά με αρκετά είδη αζωτούχων ενώσεων του γενικού τύπου NH2A, όπου το A μπορεί να είναι υδρογόνο, αλκύλιο, υδροξύλιο, αμινομάδα και διάφορα άλλα. Με βάση το γενικό τύπο η γενική αντίδραση είναι η ακόλουθη:

  Μερικά σχετικά παραδείγματα αμέσως παρακάτω:

1. Με αμμωνία παράγεται 1-προπανιμίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = H:

2. Με πρωτοταγείς αμίνες (RNH2) παράγεται Ν-αλκυλο-1-προπανιμίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = R:

3. Με υδροξυλαμίνη παράγεται 1-προπανοξίμη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = OH:

4. Με υδραζίνη παράγεται αρχικά 1-προπανυδραζόνη και με περίσσεια προπανάλης διπροπυλιδεναζίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NH2:

5. Με φαινυλυδραζίνη παράγεαι 1-προπυλιδενο-2-φαινυλυδραζόνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NHPh::

6. Με υδραζινομεθαναμίδιο παράγεται (2-προπυλιδενυδραζινο)μεθαναμίδιο. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NCONH2:

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=Ο 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.

Αναφορές και σημειώσεις

Πηγές 

 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.

Αλκανάλες
C3