2,3-διμεθυλοβουτάνιο

Το 2,3-διμεθυλοβουτάνιο ή διισοπροπύλιο είναι ένα αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας, με χημικό τύπο C6H14 και σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CHCH(CH3)2. Αποτελεί συστατικό του αργού πετρελαίου και ιδιαίτερα της βενζίνης μετά από πυρόλυση.

Ονοματολογία 

Η ονομασία «διμεθυλοβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «διμεθυλο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) όμοιων διακλαδώσεων  και τα δυο («δι-») ενός (1) ατόμου άνθρακα («-μεθυλο-») και συγκεκριμένα μία στο άτομο άνθρακα #2 και μία στο άτομο άνθρακα #3, όπως δηλώνουν οι αρχικοί αριθμοί θέσης («2,3-»), το τμήμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία  τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα στην κύρια ανθρακική αλυσλιδα της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που διαθέτουν χαρακτηριστικές καταλήξεις.

Δομή 

Το μόριό του αποτελείται από έξι (6) άτομα άνθρακα (τέσσερα (4) πρωτοταγή και δύο (2) τριτοταγή) και δώδεκα (12) άτομα υδρογόνου.

Παραγωγή

Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές 

 Απομονώνεται από τη βενζίνη.

Παρασκευή με αντιδράσεις σύνθεσης 

1. Δομικά το 2,3-διμεθυλοβουτάνιο αποτελείται από δυο όμοια τμήματα ισοπροπυλίου ((CH3)2CH-). Επομένως, η απλούστερη μέθοδος σύνθεσης καθαρού 2,3-διμεθυλοβουτάνιου είναι η αντίδραση Wültz ισοπροπυλαλογονιδίου και νατρίου. Δηλαδή:  

 όπου X οποιοδήποτε αλογόνο, αλλά συνήθως χρησιμοποιείται το Br.

2. Εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η αντίδραση ισοπροπυλοαλογονιδίου - ισοπροπυλολιθίου: Δηλαδή:

3. Για τον ίδιο λόγο παράγεται και με ηλεκτρόλυση διαλύματος (CH3)2CHCOONa:

Παρασκευή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων 

1. Με «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ:
ή
2. Με LiAlH4 ή NaBH4:
ή
3. Με αναγωγή αντίστοιχων αλκυλιωδιδίων με υδροϊώδιο:
ή
4. Με αναγωγή από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται 2,3-διμεθυλοβουτάνιo:
ή
5. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.:
ή
6. Με αναγωγή από μέταλλα και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων:
1. Με χρήση Li:
ή
2. Με χρήση Mg:
ή

Με υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων 

1. Από 2,3-διμεθυλοβουτένιο:

2. Από 2,3-διμεθυλοβουταδιένιο:

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων 

Με αναγωγή κατάλληλων αλδεϋδών - Αντίδραση Wolf-Kishner:
1. Από 2,3-διμεθυλοβουτανάλη:

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων 

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών μπορεί να παραχθεί 2,3-διμεθυλοβουτάνιο. Π.χ. από την αναγωγή της 2,3-διμεθυλοβουτανοθειόλης (μέθοδος Raney):

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειεστέρων μπορεί να παραχθεί 2,3-διμεθυλοβουτάνιο. Π.χ. από την αναγωγή του δι(2,3-διμεθυλοβουτυλο)θειαιθέρα (μέθοδος Raney):

Παρασκευή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας 

1. Με τη θέρμανση (CH3)2CΗCΗ(CH3)CH2COONa σε αλκαλικό περιβάλλον:

 Επειδή το NaHCO3 διασπάται με παρατεταμένη θέρμανση σε NaOH και CO2 η παραπάνω αντίδραση αναφέρεται συχνά στη βιβλιογραφία και ως εξής:

2. Με τη θέρμανση (CH3)2CHC(CH3)2COONa σε αλκαλικό περιβάλλον:

 Επειδή το NaHCO3 διασπάται με παρατεταμένη θέρμσνση σε NaOH και CO2 η παραπάνω αντίδραση αναφέρεται συχνά στη βιβλιογραφία και ως εξής:

Γραμμή παραγωγής από αιθένιο 

1. Προσθήκη υδραλογόνου (ΗΧ). Σχηματίζεται αιθυλαλογονίδιο:

2. Υποκατάσταση αλογόνου από CN - Σχηματίζεται προπανονιτρίλιο:

3. Υδρόλυση προς προπανικό οξύ:

4. Αναγωγή προς προπανόλη:

5. Αφυδάτωση προς προπένιο:

6. Προσθήκη υδροαλογόνου προς ισοπροπροπυλοαλογονίδιο:

7. Χρήση αντίδρασης Wültz:

Φυσικές ιδιότητες και ισομερή 

Το  είναι άχρωμο υγρό με ελαφριά χαρακτηριστική οσμή.

Με βάση το χημικό τύπο του προκύπτει ότι η ένωση σχηματίζει τέσσερα (4) ισομερή και συγκεκριμένα τα ακόλουθα:

 Εξάνιο: CH3(CH2)4CH3
 2-μεθυλοπεντάνιο (ισοεξάνιο):(CH3)2CHCH2CH2CH3
 3-μεθυλοπεντάνιο: CH3CH2CH(CH3)CH2CH3
 2,2-διμεθυλοβουτάνιο (νεοεξάνιο): (CH3)3CCH2CH3

Χημικές ιδιότητες

Οξείδωση 

1. Τέλεια καύση:  Όπως όλα τα αλκάνια, το  με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό:

 Αν και η αντίδραση είναι μια έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C, των δεσμών C-H και των δεσμών (Ο=Ο) του O2:
2. Παραγωγή υδραερίου:

3. Καταλυτική οξείδωση κυρίως προς 2,3-διμεθυλοβουτανόλη-2:

4. Οξείδωση με υπερμαγγανικό κάλιο προς 2,3-διμεθυλοβουτανόλη-2:

Αλογόνωση 

 Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
 όπου 0<a,b<1, a+b = 1, διαφέρει ανάλογα με το αλογόνο: 
 Τα F και Cl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Η αναλογία των αλογονιδίων τους εξαρτάται κυρίως πό τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H. Ειδικά για το χλώριο θα έχουμε: 
 2,3-διμεθυλοχλωρίδιο-1: 12·1 = 12
 2,3-διμεθυλοχλωρίδιο-2: 2·5=10.
 Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 2,3-διμεθυλοχλωρίδιο=1 54,5%, 2,3-διμεθυλοχλωρίδιο-2 45,5%.
 Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των αλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος του 2,3-διμεθυλοαλογονίδιου-2 που έχει το X σε τριτοταγές άτομο C.
 Ειδικά για το βρώμιο θα έχουμε:
 2,3-διμεθυλοβρωμίδιο-1: 12·1 = 12
 3,3-διμεθυλοβρωμίδιο-2: 2·1600 = 3200
 Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 2,3-διμεθυλοβρωμίδιο-1 0,4%, 2,3-διμεθυλοβρωμίδιο-2 99,6%.
 Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του CH3CH2C(CH3)3:
1. Έναρξη: Παράγονται ελεύθερες ρίζες.

 Η απαιτούμενη ενέργεια προέρχεται από το υπεριώδες φως (UV) ή θερμότητα (Δ).
2. Διάδοση: Καταναλώνονται οι παλιές ελεύθερες ρίζες, σχηματίζοντας νέες.
 
3. Τερματισμός: Καταναλώνονται μεταξύ τους οι ελεύθερες ρίζες, κατά τη στατιστικά σπάνια περίπτωση της συνάντησής τους.
 δεν πραγματοποιείται λόγω στερεοχημικής παρεμπόδισης.

 Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή μονοααλογονιδίων.
 Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες (CH3)2CHCH(CH3)2 και Χ2 θα παραχθεί μίγμα όλων των αλογονοπαραγώγων του CH3CH2C(CH3)3.
 Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια   (CH3)2CHCH(CH3)2, τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης  (CH3)2CHCH(CH3)2 με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντισης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.

Παρεμβολή καρβενίων 

 Τα καρβένια (π.χ. [:CH2]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-Η και C-C. Π.χ. έχουμε:

 Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;

 Παρεμβολή στους δώδεκα (12) δεσμούς CH2-Η και σε τέσσερεις (4) C-C δεσμούς (1-2, 1'-2, 3-4 και 1"-3): 16.
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς CH-H: 2.
 Παρεμβολή σε έναν C-C δεσμό (2-3): 1.

Προκύπτει επομένως μίγμα [2,3-διμεθυλοπεντάνιου (~84%), 2,2,3-τριμεθυλοβουτάνιου (~11%) 
και 2,4-διμεθυλοπεντάνιου (-5%).

Νίτρωση 

 Αντιδρά με ατμούς HNO3 στην αέρια φάση:

όπου 0<a,b<1, a + b = 1.

Προσθήκη σε πολλαπλούς δεσμούς 

Το 2,3-μεθυλοβουτάνιο μπορεί να δώσει αντιδράσεις προσθήκης σε πολλαπλούς δεσμούς κατά την έννοια (CH3)2Cδ-(CH(CH3)2)-Hδ+. Π.χ.:

Καταλυτική ισομερείωση 

To 2-μεθυλοπεντάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς εξάνιο, 2-μεθυλοπεντάνιο, νεοεξάνιο και 2,3-διμεθυλοβουτάνιο:

Χρήσεις 

 Είναι συστατικό της βενζίνης που χρησιμοποιείται ως καύσιμο και διαλυτικό.
 Πρώτη ύλη συνθέσεων μέσω των αλογονοπαραγώγων του.

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

Εξάνια