Αιθυλοπεντάνιο

Το αιθυλοπεντάνιο ή τριαιθυλομεθάνιο είναι το απλούστερο αλκάνιο με αιθύλιο ως διακλάδωση. Είναι ένα από τα ισομερές θέσης του επτανίου. Το μόριό του αποτελείται από ένα αιθύλιο που συνδέεται στο μεσαίο (#3) άτομο άνθρακα της πενταμελούς κύριας αλυσίδας του.

Ονοματολογία 

Η ονομασία «3-αιθυλοπεντάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «αιθυλ-» δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης δύο (2) ατόμων άνθρακα (η χρήση του αρχικού αριθμού θέσης (#3) αποτελεί πλεονασμό), το τμήμα «πεντ-» δηλώνει την παρουσία  πέντε (5) ατόμων άνθρακα στην κύρια ανθρακική αλυσίδα 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, δηλαδή ότι είναι υδρογονάνθρακας.

Δομή 

Το μόριό του αποτελείται από επτά (7) άτομα άνθρακα (τρία (3) πρωτοταγή, τρία (3) δευτεροταγή και ένα (1) τριτοταγές) και δεκαέξι (16) άτομα υδρογόνου.

Παραγωγή

Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές 

 Απομονώνεται από το πετρέλαιο.
 Απομονώνεται από μίγματα που προκύπτουν από πυρόλυση βαρύτερων προϊόντων διύλισης πετρελαίου ή πολυμερών υδρογονανθράκων.

Παραγωγή με αντιδράσεις σύνθεσης: Από πρώτες ύλες με μικρότερη ανθρακική αλυσίδα 

Δομικά το αιθυλοπεντάνιο αποτελείται από μεθινύλιο (>CH-) και τρία αιθύλια (CH3CH).  Επομένως, ο απλούστερος τρόπος παρασκευής καθαρού ισοεπτανίου είναι η αντίδραση ζεύγους 1,1,1-τριαλαιθανίου με μεθυλολίθιο:

Παραγωγή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων 

Κατάλληλα για παραγωγή αιθυλοπεντάνιου είναι τα ακόλουθα αλκυλαλογονίδια:
 3-αιθυλο-1-αλοπεντάνιο.
 αιθυλο-2-αλοπεντάνιο.
 αιθυλο-3-αλοπεντάνιο.
 Καθένα από αυτά (π.χ. το 1-αλο-3-αιθυλοπεντάνιο) μπορεί να αναχθεί με τους ακόλουθους τρόπους:
1. Με «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ:

2. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH4):

3. Με αναγωγή των αντίστοιχων αλκυλιωδιδίων από HI:

4. Με αναγωγή από μέταλλα (συνήθως λίθιο ή μαγνήσιο) και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων.Π.χ.::
  
ή

5. Με αναγωγή από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται αιθυλοπεντάνιο.Π.χ.::

 Συμπαράγονται και πολυαλογονοπαράγωγα του σιλανίου.
 Στην παραπάνω λίστα αναφέρθηκαν μόνο οι κατάλληλες αλογονούχες ενώσεις με ένα άτομο αλογόνου ανά μόριο. Υπάρχουν όμως και πολυπλοκότερες, με περισσότερα άτομα αλογόνων ανά μόριο, που μπορούν να επίσης να δώσουν 3-αι8υλοπεντάνιο.

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων 

1. Με αναγωγή 3-αιθυλοπεντανάλης με υδραζίνη (NH2NH2) (αντίδραση Wölf-Kishner):

2. Με αναγωγή αιθυλοπεντανόνης (Αντίδραση Clemmensen):

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων 

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών (μέθοδος Raney) παράγεται αιθυλοπεντάνιο. Για την παραγωγή του αιθυλοπεντάνιο κατάλληλες είναι οι ακόλουθες θειόλες:
 3-αιθυλοπεντανοθειόλη-1.
 αιθυλοπεντανοθειόλη-2.
 αιθυλοπεντανοθειόλη-3.
Π.χ. για την 3-αιθυλοπεντανοθειόλη-1 χουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειαιθέρων (μέθοδος Raney) παράγεται αιθυλοπεντάνιο. Για την παραγωγή του αιθυλοπεντάνιο κατάλληλοι είναι π.χ. οι ακόλουθοι θειαιθέρες:

 3-αιθυλο-1-(3΄-αιθυλοπεντυλοθειο)πεντάνιο.
 3-αιθυλο-2-(3΄-αιθυλοπεντυλοθειο)πεντάνιο.
 3-αιθυλο-3-(3΄-αιθυλοπεντυλοθειο)πεντάνιο.
 3-αιθυλο-2-(2΄-αιθυλο-1΄-μεθυλοβουτυλοθειο)πεντάνιο.
 3-αιθυλο-2-(1΄,1΄-διαιθυλοπροπυλοθειο)πεντάνιο.
Π.χ. για το 3-αιθυλο-1-(3΄-αιθυλοπεντυλοθειο)πεντάνιο χουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση

 Στις παραπάνω λίστες αναφέρθηκαν μόνο οι κατάλληλες θειούχες ενώσεις με ένα άτομο θείου ανά μόριο. Υπάρχουν όμως και πολυπλοκότερες, με περισσότερα άτομα θείου ανά μόριο, ή και θειούχες ετεροκυκλικές που μπορούν να επίσης να δώσουν 3-αι8υλοπεντάνιο. Επίσης, παραλήφθηκαν όσες οι μικτοί θειαιθέρες που δείνον μίγματα που περιέχουν και 3-αι8υλοπεντάνιο.

Με καταλυτική υδρογόνωση ακόρεστων αλειφατικών υδρογονανθράκων 

Κατάλληλοι για την παραγωγή αιθυλοπεντανίου είναι τα αλκένια, αλκίνια, αλκαδιένια ή και περισσότερο ακόρεστοι υδρογονάνθρακες με συνολικά επτά (7) άτομα άνθρακα, από τα οποία τα δύο (2) βρίσκονται σε διακλάδωση στο #3 άτομο άνθρακα της πενταμελούς κύριας ανθρακικής αλυσίδας. Ειδικότερα, κατάλληλα είναι τα ακόλουθα αλκένια:
 3-αιθυλοπεντένιο-1.
 3-αιθυλοπεντένιο-2.
Π.χ. για το 3-αιθυλοπεντένιο-1 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

Παραγωγή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας 

 Με τη θέρμανση αλκαλικού διαλύματος των κατάλληλων καρβοξυλικών οξέων παράγεται αιθυλοπεντάνιο. Κατάλληλα για την παραγωγή του αιθυλοπεντάνιου είναι π.χ. τα ακόλουθα καρβοξυλικά οξέα:
 4-αιθυλεξανικό οξύ.
 3-αιθυλο-2-μεθυλοπεντανικό οξύ.
 διαιθυλοβουτανικό οξύ.
Π.χ. για το 4-αιθυλεξανικό οξύ έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

 Στην παραπάνω λίστα αναφέρθηκαν μόνο τα  κατάλληλα καρβονικά οξέα. Υπάρχουν όμως και δικαρβονικά, τρικαρβονικά, κ.τ.λ. καρβοξυλικά οξέα που με διπλή, τριπλή κ.τ.λ, αποκαρβοξυλίωση αντίστοιχα μπορούν να επίσης να δώσουν 3-αι8υλοπεντάνιο.

Φυσικές ιδιότητες και ισομερή 

Είναι αδιάλυτο στο νερό, αλλά διαλυτό σε πολλούς οργανικούς διαλύτες, όπως οι αλκοόλες και ο διαιθυλαιθέρας. Ωστόσο, το αιθυλοπεντάνιο θεωρείται και το ίδιο ως ένας οργανικός διαλύτης. Ο διαχωρισμός των δύο ισομερών είναι δυνατός, αν και αντιοικονομικός, με εξαντλητικές αποστάξεις.

Το αιθυλοπεντάνιο έχει τα ακόλουθα οκτώ (8) [εννέα (9) αν μετρηθούν και τα εναντιομερή] ισομερή: 
 (n-) ή (κ-) C7H16: (Κανονικό) επτάνιο.
 CH3(CH2)3CH(CH3)2: 2-μεθυλεξάνιο ή ισοεπτάνιο.
 CH3(CH2)2*CH(CH3)CH2CH3: R,S-3-μεθυλεξάνιο.
 (CH3)3C(CH2)2CH3: 2,2-διμεθυλοπεντάνιο ή νεοεπτάνιο.
 (CH3)2CΗ*CH(CH3)CH2CH3: R,S-2,3-διμεθυλοπεντάνιο.
 (CH3)2CΗCH2CΗ(CH3)2: 2,4-διμεθυλοπεντάνιο.
 (CH3CH2)2C(CH3)2: 3,3-διμεθυλοπεντάνιο.
 (CH3)3CCH(CH3)2: τριμεθυλοβουτάνιο ή τριπτάνιο.

Τα ισομερή αυτά παρόλο που έχουν ίδιο χημικό τύπο και μοριακό βάρος, έχουν διαφορετικές δομές και διαφορετικές ιδιότητες:

Χημικές ιδιότητες 

Η διακλάδωση κάνει το αιθυλοπεντάνιο πιο εύφλεκτο από το επτάνιο, όπως φαίνεται από τη χαμηλότερη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης και την ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης σε σχέση με το επτάνιο. Επίσης, θεωρητικά το αιθυλοπεντάνιο καίγεται με φλογα που παράγει λιγότερη αιθάλη και εκπέμπει ακτινοβολία υψηλότερης συχνότητας, αλλά επειδή η διαφορά είναι μικρή, το αποτέλεσμα και για τα δυο ισομερή είναι μια έντονη κίτρινη φλόγα όταν αναφλέγονται.

Επίσης, σε σύγκριση με το επτάνιο, το αιθυλοπεντάνιο έχει χαμηλότερο σημείο τήξης, χαμηλότερο σημείο βρασμού αλλά και χαμηλότερη πυκνότητα.

Στην κλίμακα NFPA 704 το 3-μεθυλεπτάνιο κατατάσσεται στο επίπεδο 0 χημικής δραστικότητας, μαζί με τα υπόλοιπα άλλα αλκάνια. Ωστόσο η παρουσία του τριτοταγούς #3 ατόμου άνθρακα διευκολύνει την οξείδωσή του και τις φωτοχημικές αντιδράσεις με αλογόνα, συνήθως με το βρώμιο, σε διαλύτες όπως συνήθως το 1,1,1-τριχλωραιθάνιο.

Οξείδωση 

1. Όπως όλα τα αλκάνια, το 3-μεθυλεξάνιο 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 3-αιθυλοπεντανόλη-3:

4. Οξείδωση με υπερμαγγανικό κάλιο προς 3-αιθυλοπεντανόλη-3:

Παρεμβολή καρβενίων 

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

 Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;
 Παρεμβολή στους εννέα (9) συνολικά δεσμούς C#1,#5,#2΄H2-H. Παράγεται αιθυλεξάνιο.
 Παρεμβολή στους έξι (6) συνολικά δεσμούς C#2,#4,#1΄H-H. Παράγεται αιθυλο-2-μεθυλοπεντάνιο.
 Παρεμβολή στο δεσμό C-H: Παράγεται αιθυλο-3-μεθυλοπεντάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα αιθυλεξάνιου (~56,3%), αιθυλο-2-μεθυλοπεντάνιου (~37,5%) και αιθυλο-2-μεθυλοπεντάνιου (~6,3%).

Καταλυτική ισομερείωση 

To αιθυλοπενάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς όλα τα ισομερή του:

Αναφορές και σημειώσεις

Πηγές 
 Παπαγεωργίου Β.Π., “Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία: Άκυκλες Ενώσεις”, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1986.
 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
 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
 Μερικές από τις ενέργειες αντιδράσεων υπολογίστηκαν με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Θα διασταυρωθούν και βιβλιογραφικά το συντομότερο για μεγαλύτερη ακρίβεια.

Επτάνια