2-πεντένιο

Τα πεντένια-2  (αγγλικά: 2-pentene) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C5H10 και ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CH=CHCH3  Βρίσκεται σε δύο (2) γεωμετρικά ισομερή αλκένια, το 2Ε-πεντένιο και το 2Ζ-πεντένιο. Αμφότερα είναι μέλη της ομόλογης σειράς των αλκενίων. 

Τα χημικά καθαρά 2-πεντένια, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι εξαιρετικά εύφλεκτα υγρά.

Τα δύο (2) γεωμετρικά ισομερή μπορούν να διαχωριστούν με κλασματική κρυστάλλωση, λόγω σημαντικής διαφοράς των θερμοκρασιών τήξης τους.

Ονοματολογία 

Η ονομασία «2-πεντένιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «πεντ-» δηλώνει την παρουσία πέντε (5) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-εν-» δείχνει την παρουσία ενός (1) διπλού δεσμού μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες με χαρακτηριστικές καταλήξεις. Τέλος, προηγείται υποχρεωτικά ο αριθμός θέσης (2-), του διπλού δεσμού του, γιατί υπάρχει και άλλη δυνατή και μη ισοδύναμη θέση.

Δομή 

Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο που δομικά αποτελείται από δύο (2) άτομα υδρογόνου, ένα αιθύλιο και ένα μεθύλιο ενωμένα με ένα ζεύγος ατόμων άνθρακα που συνδέονται μεταξύ τους με ένα διπλό δεσμό. Τα έξι (6) συνολικά άτομα [2 υδρογόνου + 4 (τα 2 με το διπλό δεσμό + το πρώτο άτομο άνθρακα από το αιθύλιο + το άτομο άνθρακα από το μεθύλιο)] είναι ομοεπίπεδα. Η γωνία  είναι 119°, δηλαδή πολύ κοντά στις 120° που προβλέπονται για τον sp² υβριδισμό των ατόμων άνθρακα, που συνδέονται με διπλό δεσμό. Η περιστροφή του δεσμού C=C απαιτεί (σχετικά) υψηλή ποσότητα ενέργειας, γιατί απαιτεί την (προσωρινή) διάσπαση του π-δεσμού.

Ο π-δεσμός στο μόριο του 2-πεντενίου είναι υπεύθυνος για τη χρήσιμη δραστικότητά του. Η περιοχή του διπλού δεσμού χαρακτηρίζεται από (σχετικά) υψηλή ηλεκτρονιακή πυκνότητα, που επομένως είναι ευάλωτη σε επιδράσεις ηλεκτρονιόφιλων. Πολλές αντιδράσεις του προπενίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του 2-πεντενίου.

Παραγωγή

Με πυρόλυση αλκανίων 

Με πυρόλυση αλκανίων (βιομηχανική μέθοδος) παράγονται μείγματα που περιέχουν και 2-πεντένιο. Π.χ.:

Με αφυδάτωση αλκανολών 

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 2-πεντανόλης παράγεται 2-πεντένιο. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηηλές θερμοκρασίες, >150 °C:

Με απόσπαση υδραλογόνου 

Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από 2-αλοπεντάνιο παράγεται 2-πεντένιο:

Με απόσπαση αλογόνου 

Με απόσπαση αλογόνου (X2) από 2,3-διαλοπεντάνιο παράγεται 2-πεντένιο:

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση 

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση 2-πεντινίου παράγεται 2-πεντένιο, και μάλιστα στερεοειδικά, δηλαδή με δυνατότητα παραγωγής του ενός ή του άλλου γεωμερικού ισομερούς, ανάλογα με τη χρήση των αντιδραστηρίων:1.

2.

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε καρβονυλικές ενώσεις 

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίου σε αιθανάλη (μέθοδος Βίττινγκ, Wittig reaction) παράγεται 2-πεντένιο. Π.χ.:

Παράγωγα

Τέλεια καύση

Ενυδάτωση 

1. Επίδραση θειικού οξέος (H2SO4) και στη συνέχεια νερού (ενυδάτωση). Παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα :

2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2O2). Παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα 2-πεντανόλης και 3-πεντανόλης:

 Προσθήκη διβορανίου (B2H4) έχει το ίδιο αποτέλεσμα.
3. Αντίδραση με οξικό υδράργυρο [(CH3COO)2Hg] και έπειτα αναγωγή. Παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα 2-πεντανόλης και 3-πεντανόλης:

4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Πρινς (Prins) με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2-πεντένιο, απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει σχεδόν ισομοριακό μείγμα 2-μεθυλο-2-πεντεν-1-όλης και 2-αιθυλο-2-βουτεν-1-όλης:

Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως 

Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε 2-πεντένιο παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα 2-αλο-3-πεντανόλης και 3-αλο-2-πεντανόλης:

 Το HOX παράγεται συνήθως επιτόπου με την αντίδραση:

Καταλυτική υδρογόνωση 

Με καταλυτική υδρογόνωση 2-πεντενίου σχηματίζεται πεντάνιο. Π.χ.:

Αλογόνωση 

1. Με προσθήκη αλογόνου (X2) (αλογόνωση) σε 2-πεντένιo έχουμε προσθήκη στο διπλό δεσμό. Παράγεται 2,3-διαλοπεντάνιο. Π.χ.:

2. Υποκατάσταση σε αλλυλική θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς το διπλό δεσμό. Παράγεται (κυρίως) 4-αλο-2-πεντένιο: Π.χ.::

 όπου .
 Η αλλυλική υποκατάσταση ευνοείται με ορισμένα ειδικά αντιδραστήρια αλογόνωσης ή σε υψηλές θερμοκρασίες.

Υδραλογόνωση 

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε 2-πεντένιo παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα 2-αλοπεντάνιου και 3-αλοπεντάνιου:

1. Με τον πολικό μηχανισμό:

2. Με το μηχανισμό ελευθέρων ριζών:

Καταλυτική αμμωνίωση 

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα 2-πενταναμίνης και 3-πενταναμίνης. Π.χ.:

 Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.
2. Προσθήκη πρωτοταγούς αμίνης. Παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα αλκυλο-2-πεντυλαμίνης και αλκυλο-3-πεντυλαμίνης. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα μεθυλο-2-πεντυλαμίνης και μεθυλο-3-πεντυλαμίνης:

3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα διαλκυλο-2-πεντυλαμίνης και διαλκυλο-3-πεντυλαμίνης. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα διμεθυλο-2-πεντυλαμίνης και διμεθυλο-3-πεντυλαμίνης:

Καταλυτική φορμυλίωση 

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε 2-πεντένιο παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα 2-μεθυλοπεντανάλης και 2-αιθυλοβουτανάλης. Π.χ.:

 Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.

Προσθήκη αλδεΰδών ή κετονών κατά Prins 

Με επίδραση περίσσειας αλδευδών ή κετονών σε 2-πεντένιο απουσία νερού, σε χαμηλή θερμοκρασία παράγεται παράγωγο διοξανίου. Π.χ. με μεθανάλη παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα 4-αιθυλο-5-μεθυλο-1,3-διοξάνιου και 5-αιθυλο-4-μεθυλο-1,3-διοξάνιου:

Διυδροξυλίωση 

Η διυδροξυλίωση 2-πεντενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη H2O2: 1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4). Παράγει 2,3-πεντανοδιόλη:
 
2. Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου (H2O2). Παράγει 2.3-πεντανοδιόλη:
 
3. Μέθοδος Σάρπλες (Sharpless). Παράγει 2,3-πεντανοδιόλη:
 
4. Μέθοδος Γούντγαρντ (Woodward). Παράγει 2,3-πεντανοδιόλη:
 
5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 1,3-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2-πεντένιο, παρουσία νερού. Αντίδραση Πρινς (Prins). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα  2-μεθυλο-1,3-πεντανοδιόλης και 2-αιθυλο-1,3-βουτανοδιόλης:

Οζονόλυση 

Με επίδραση όζοντος (Ο3, οζονόλυση) σε 2-πεντένια, παράγεται ασταθές οζονίδιο, που τελικά διασπάται σε αιθανάλη και προπανάλη:

Αλλυλική οξείδωση 

Με επίδραση διοξειδίου του σεληνίου (SeO2) σε 2-πεντένιο παράγεται (κυρίως) 3-πεντεν-2-όλη:

 Η μέθοδος αυτή ονομάζεται αλλυλική οξείδωση.

Αντίδραση Diels–Adler 

Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε 2-πεντένιo (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Ντιλς-Άλντερ) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγου κυκλοεξενίου. Π.χ. με βουταδιένιο-1,3 παίρνουμε σχεδόν ισομοριακό μείγμα από 4-αιθυλο-5-μεθυλοκυκλοεξένιο και 5-αιθυλο-4-μεθυλοκυκλοεξένιο:

Αντίδραση Pauson-Khand 

Κατά την επίδραση αλκίνια και μονοξειδίου του άνθρακα σε 2-πεντένιο έχουμε την ονομαζόμενη αντίδραση Pauson-Khand που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοπεντόνης. Π.χ. με αιθίνιο παράγεται σχεδόν ισομοριακό μείγμα από 4-αιθυλο-5-μεθυλο-2-κυκλοπεντενόνη και 5-αιθυλο-4-μεθυλο-2-κυκλοπεντενόνη:

Προσθήκη καρβενίων 

Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε 2-πενένιο σχηματίζεται 1-αιθυλο-2-μεθυλοκυκλοπροπάνιο. Ταυτόχρονα όμως γίνονται και αντιδράσεις παρεμβολής στους δεσμούς C-H, οπότε παράγονται και εξένια:
 

 Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε:
1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C#1H2-H: 3.
2. Παρεμβολή στον (1) δεσμό C#2H2-H: 1.
3. Παρεμβολή στον (1) δεσμό C#3H2-H: 1.
4. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς CH-H: 2.
5. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C#5H2-H: 3.
6. Προσθήκη στον (ένα διπλό) δεσμό: 1.

Προκύπτει επομένως μείγμα 3-εξενίου ~27%, 2-εξενίου ~27%, 4-μεθυλο-2-πεντένιου ~18%, 2-μεθυλο-2-πεντένιου ~9%, 3-μεθυλο-2-πεντένιου ~9% και 1-αιθυλο-2-μεθυλοκυκλοπροπάνιου ~9%.
 Με τη χρήση διιωδομεθανίου (CH2I2) και ψευδαργύρου (Zn) επικρατεί η προσθήκη, οπότε είναι:

Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου 

Κατά την καταλυτική προσθήκη οξυγόνου σε 2-πεντένιο σχηματίζεται 1-αιθυλο-2-μεθυλοξιράνιο. Π.χ.:

Πολυμερισμός 

Διακρίνονται τα ακόλουθα είδη πολυμερισμού 2-πεντενίου, που όλα παράγουν β-πολυπεντυλένιο:1. Κατιονικός. Π.χ.:
 
2.. Ελευθέρων ριζών. Π.χ.:
 
 Όπου v ο βαθμός πολυμερισμού.

Φωτοχημικός διμερισμός 

Κατά το φωτοχημικό διμερισμό 2-πεντενίου σχηματίζεται 1,3-διαιθυλο-2,4-διμεθυλοκυκλοβουτάνιο. Π.χ.:

Φωτοχημική προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών 

Με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2-πεντένιο απουσία νερού σχηματίζονται και φωτοχημικά παράγωγα οξετανίου (Αντίδραση Πατέρνο - Μπουχί, Paterno–Büchi). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 3-αιθυλο-2-μεθυλοξετάνιο:

Αναφορές και σημειώσεις

Πηγές 

 Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
 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

Πεντένια