Ισοβουτυρικό οξύ

Το ισοβουτυρικό οξύ (αγγλικά isobutyric acid) είναι  οργανική χημική ένωση, με μοριακό τύπο C4H8O2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται ως (CH3)2CHCO2H. Πιο συγκεκριμένα, το ισοβουτυρικό οξύ είναι το απλούστερο διακλαδισμένο καρβοξυλικό οξύ. Σε ελεύθερη κατάσταση, έχει βρεθεί στα χαρούπια (Ceratonia siliqua), στη βανίλια και στη ρίζα του Arnica dulcis. Στη μορφή του  αιθυλεστέρα του, δηλαδή ο ισοβουτυρικός αιθυλεστέρας, έχει βρεθεί στο κροτονέλαιο. Το ισοβουτυρικό οξύ είναι ισομερές θέσης με το βουτυρικό οξύ.

Δομή

Ισομερείς ενώσεις 

Το ισοβουτυρικό οξύ έχει πολλά ισομερή θέσης  (όχι όλα σταθερά), με σπουδαιότερα τα ακόλουθα: 

Βουτυρικό οξύ, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CH2COOH.
 Προπιονικός μεθυλεστέρας, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2COOCH3.
 Οξικός αιθυλεστέρας, με ημισυντακτικό τύπο CH3COOCH2CH3.
 Μυρμηκικός προπυλεστέρας, με ημισυντακτικό τύπο HCOOCH2CH2CH3.
 Μυρμηκικός ισοπροπυλεστέρας, με ημισυντακτικό τύπο HCOOCH(CH3)2.
α-υδροξυβουτανάλη, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CH(OH)CHO.
β-υδροξυβουτανάλη, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH(OH)CH2CHO.
γ-υδροξυβουτανάλη, με ημισυντακτικό τύπο HOCH2CH2CH2CHO.
Μεθυλο-2-υδροξυπροπανάλη, με ημισυντακτικό τύπο (CH3)2C(OH)CHO.
Μεθυλο-3-υδροξυπροπανάλη, με ημισυντακτικό τύπο HOCH2CH(CH3)CHO.
2-μεθοξυπροπανικό οξύ, με ημισυντακτικό τύπο CH3ΟCH(CH3)CHO.
3-μεθοξυπροπανικό οξύ, με ημισυντακτικό τύπο CH3ΟCH2CH2CHO.
Αιθοξυαιθανικό οξύ, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2ΟCH2CHO.
1-υδροξυβουτανόνη, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CΟCH2OH.
3-υδροξυβουτανόνη, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH(OH)CΟCH3.
4-υδροξυβουτανόνη, με ημισυντακτικό τύπο HOCH2CH2CΟCH3.
Μεθοξυπροπανόνη, με ημισυντακτικό τύπο CH3ΟCH2CΟCH3.

Παραγωγή

Βιομηχανική παραγωγή 
Το μεθυλοβουτανικό οξύ παράγεται με οξείδωση ισοβουτυράλης, που με τη σειρά της είναι παραπροϊόν της υδροφορμυλίωσης του προπυλενίου. Μπορεί επίσης να παραχθεί απευθείας από το προπυλένιο με υδροκαρβοξυλίωση (αντίδραση Κοχ, Koch reaction) υπό υψηλή πίεση:

Εναλλακτικές μέθοδοι

Με καρβοξυλίωση ισοπροπυλαλογονιδίων 

Με καρβοξυλίωση με διοξείδιο του άνθρακα (CO2) ισοπροπυλαλογονιδίων [CH3CH(X)CH3], μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων (αντιδραστήρια Grignard) παράγεται ισοβουτυρικό οξύ:

Με υδρόλυση ισοβουτυρονιτριλίου 

Με υδρόλυση ισοβουτυρονιτριλίου [CH3CH(CN)CH3] σε όξινο περιβάλλον παράγεται ισοβουτυρικό οξύ:

Με οξείδωση 2,5-διμεθυλο-3-εξένιου, μεθυλο-1-προπανόλης ή ισοβουτυράλης 

1. Με οξείδωση 2,5-διμεθυλο-3-εξένιου [(CH3)2CH=CH(CH3)2] παράγεται ισοβουτυρανικό οξύ:

2. Με οξείδωση ισοβουτυρόλης [(CH3)2CHCH2OH] παράγεται ισοβουτυρικό οξύ:

3. Με οξείδωση μεθυλοπροπάλης [(CH3)2CHCHO] παράγεται ισοβουτυρικό οξύ:

Από διμεθυλομηλονικό οξύ 

Από διμεθυλομηλονικό οξύ [HOOCC(CH3)2COOH] παράγεται ισοβουτυρικό οξύ:

 Το διμεθυλομηλονικό οξύ παράγεται από το μηλονικό οξύ ως εξής:

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα 

Το ισοβουτυρικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ (pKa = 4,84), ασθενέστερο από τα περισσότερα ανόργανα οξέα. Τα επτά (7) υδρογόνα του ισοπροπυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρόλα αυτά το ισοβουτυρικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα:

(Αντίδραση διάστασης)

(Επίδραση μετάλλων ηλεκτροθετικότερων του υδρογόνου)

(Αντίδραση εξουδετέρωσης)

Αποκαρβοξυλίωση 

1. Με θέρμανση ισοβουτυρικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα και προπάνιο::

2. Με ηλεκτρόλυση ισοβουτυρικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και 2,3-διμεθυλοβουτάνιο:

3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 2,4-διμεθυλο-3-πεντανόνη:

4. Με επίδραση βρωμίου σε ισοβουτυρικό άργυρο  παράγεται ισοπροπυλοβρωμίδιο -  Αντίδραση Hunsdiecker:

Αναγωγή 

Τo ισοβουτυρικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH4) προς  ισοβουτυρόλη-1:

Οξείδωση 

1. Τo ισοβουτυρικό οξύ οξειδώνεται σε ισοβουτυρικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), σε όξινο περιβάλλον:
2. Όταν συνθερμαίνεται με χρωμικό οξύ, οξειδώνεται σε ακετόνη:3. Αλκαλικό διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου οξειδώνει το ισοβουτυρικό οξύ σε α-υδροξυϊσοβουτυρικό οξύ [(CH3)2C(OH)CO2H]:

Εστεροποίηση 

 Με επίδραση αλκοολών παράγονται ισοβουτυρικοί εστέρες::

Αλογόνωση 

1. Με επίδραση αλογόνων, πσρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται 2-αλοισοβουτυρικό οξύ:

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται ισοβουτυρυλαλογονίδια::
α. Με SOCl2:

β. Με PCl5:

γ. Με PX3:

 Για το βουτανυλοφθορίδιο προτιμάται η υποκατάσταση σε βουτανυλοχλωρίδιο:

Επίδραση καρβενίων 

Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μίγμα προϊόντων. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση:

 Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:
 Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς C#3-Η και C#1'-H. Παράγεται 2-μεθυλοβουτανικό οξύ, ένα καρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C#2-H. Παράγεται διμεθυλοπροπανικό οξύ, ένα καρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται ισοβουτυρικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του ισοβουτυρικού οξέος.
 Προσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 1-ισοπροπυλο-1-υδροξυοξιράνιο, μια ετεροκυκλική αλκοόλη.
 Συνολικά δηλαδή εννέα (9) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα κάνει σχεδόν απόλυτα κινητικές (δηλαδή όχι εκλεκτικές) τις αντιδράσεις του.

Πηγές 
 Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
 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
 Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
 Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
 Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.

Αναφορές και σημειώσεις 

Αλκανικά οξέα
C4