2-μεθυλεξάνιο

Το 2-μεθυλεξάνιο ή ισοεπτάνιο είναι ένα ισομερές θέσης του επτανίου. Βρίσκεται ως πρόσμιξη στις περισσότερες εμπορικές συσκευασίες επτανίου, αν σπάνια δίνεται σημασία σ' αυτό, αφού οι φυσικές και χημικές του ιδιότητες είναι παρόμοιες μ' αυτές του (κανονικού) επτανίου και έτσι η παρουσία του σπάνια είναι ανεπιθύμητη.

Ονοματολογία 

Η ονομασία «2-μεθυλεξάνιο»  από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «μεθυλ-» δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης ενός (1) ατόμου άνθρακα και συγκεκριμένα στο άτομο άνθρακα #2, όπως δηλώνει ο αρχικός αριθμός θέσης, το τμήμα «εξ-» δηλώνει την παρουσία  έξι (6) 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 ισοεπτάνιο αποτελείται από δυο μέρη: ισοπροπύλιο (CH3CHCH3) και βουτύλιο (CH3CH2CH2CH2).  Επομένως, ο απλούστερος τρόπος παρασκευής καθαρού ισοεπτανίου είναι η αντίδραση ζεύγους ισοπροπυλαλογονιδίου - βουτυλολιθίου ή ισοπροπυλολιθίου - βουτυλαλογονιδίου:
ή

Παραγωγή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων 

Κατάλληλα για παραγωγή 2-μεθυλεξανίου είναι τα ακόλουθα αλκυλαλογονίδια:
 1-αλο-2-μεθυλεξάνιο.
 2-αλο-2-μεθυλεξάνιο.
 3-αλο-2-μεθυλεξάνιο.
 1-αλο-5-μεθυλεξάνιο.
 2-αλο-5-μεθυλεξάνιο.
 3-αλο-5-μεθυλεξάνιο.

 Καθένα από αυτά (π.χ. το 1-αλο-2-μεθυλεξάνιο) 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:
  
ή

5. Με αναγωγή από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται 2-μεθυλεξάνιο.Π.χ.::

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων 

1. Με αναγωγή 2-μεθυλεξανάλης (CH3CH2CH2CH2CH2CH(CH3)CHO) ή 5-μεθυλεξανάλης ((CH3)2CHCH2CH2CH2CH2CHO) - Αντίδραση Wölf-Kishner, με υδραζίνη (NH2NH2):
ή

2. Με αναγωγή των κατάλληλων κετονών - Αντίδραση Clemmensen. Κατάλληλες για παραγωγή 2-μεθυλεξανανίου είναι  κατάλληλες οι ακόλουθες κετόνες:
 2-μεθυλεξανόνη-3.
 5-μεθυλεξανόνη-2.
 5-μεθυλεξανόνη-3.
Π.χ. για τη 2-μεθυλεξανόνη-3 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων 

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

Με καταλυτική υδρογόνωση ακόρεστων αλειφατικών υδρογονανθράκων 

Κατάλληλοι για την παραγωγή 2-μεθυλεξανίου-1 είναι τα αλκένια, αλκίνια, αλκαδιένια ή και περισσότερο ακόρεστοι υδρογονάνθρακες με συνολικά επτά (7) άτομα άνθρακα, από τα οποία το ένα (1) βρίσκεται σε διακλάδωση στο #2 ή #5 άτομο άνθρακα της εξαμελούς κύριας ανθρακικής αλυσίδας. Ειδικότερα, κατάλληλα είναι τα ακόλουθα αλκένια:
 2-μεθυλεξένιο-1.
 2-μεθυλεξένιο-2.
 2-μεθυλεξένιο-3.
 5-μεθυλεξένιο-1.
 5-μεθυλεξένιο-2.
Π.χ. για το 2-μεθυλεξένιο-1 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

Παρασκευή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας 

 Με τη θέρμανση αΛκαλικού διαλύματος των κατάλληλων καρβοξυλικών οξέων παράγεται 2-μεθυλεξάνιο. Κατάλληλα για την παραγωγή του 2-μεθυλεξανίου είναι τα ακόλουθα καρβοξυλικά οξέα:
 3-μεθυλεπτανικό οξύ.
 6-μεθυλεπτανικό οξύ.
 2,2-διμεθυλεξανικό οξύ.
 2,5-διμεθυλεξανικό οξύ.
 2-ισοπροπυλοπεντανικό οξύ.
 2-αιθυλο-4-μεθυλοπεντανικό οξύ.
Π.χ. για το 3-μεθυλεπτανικό οξύ έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

Φυσικές ιδιότητες και ισομερή 

Είναι αδιάλυτο στο νερό, αλλά διαλυτό σε πολλούς οργανικούς διαλύτες, όπως οι αλκοόλες και ο διαιθυλαιθέρας. Ωστόσο, το 2-μεθυλεξάνιο θεωρείται και το ίδιο ως ένας οργανικός διαλύτης. Ο διαχωρισμός των δύο ισομερών είναι δυνατός, αν και αντιοικονομικός, με εξαντλητικές αποστάξεις.

Το 2-μεθυλεξάνιο έχει τα ακόλουθα οκτώ (8) [δέκα (10) αν μετρηθούν και τα εναντιομερή] ισομερή: 
 (n-) ή (κ-) C7H16: (Κανονικό) επτάνιο.
 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.
 (CH3CH2)3CH: αιθυλοπεντάνιο.
 (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 2-μεθυλεπτάνιο 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 2-μεθυλεπτάνιο 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 2-μεθυλεπτάνιο έχει χαμηλότερο σημείο τήξης, χαμηλότερο σημείο βρασμού αλλά και χαμηλότερη πυκνότητα.

Στην κλίμακα NFPA 704 το 2-μεθυλεπτάνιο κατατάσσεται στο επίπεδο 0 χημικής δραστικότητας, μαζί με τα υπόλοιπα άλλα αλκάνια. Ωστόσο η παρουσία του τριτοταγούς #2 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 2-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 2-μεθυλεξανόλη-2:

4. Οξείδωση με υπερμαγγανικό κάλιο προς 2-μεθυλεξανόλη-2:

Αλογόνωση 

 Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
 όπου 0<a,b,c,d,e,f<1, a + b + c + d + e + f = 0, διαφέρουν ανάλογα με το αλογόνο: 
 Τα F και Cl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Η αναλογία των προπυλαλογονιδίων τους εξαρτάται κυρίως πό τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H. 
 Ειδικά για το χλώριο θα έχουμε: 
 Υποκατάσταση σε ένα από τα έξι (6) συνολικά άτομα υδρογόνου των ατόμων άνθρακα #1 και #1΄. Παράγεται 2-μεθυλο-1-χλωρεξάνιο: 6·1 = 6.
 Υποκατάσταση στο άτομο υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #2. Παράγεται 2-μεθυλο-2-χλωρεξάνιο: 1·5 = 5.
 Υποκατάσταση σε ένα από τα δύο (3) άτομα υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #3. Παράγεται 2-μεθυλο-3-χλωρεξάνιο: 2·3,8 = 7,6.
 Υποκατάσταση σε ένα από τα δύο (3) άτομα υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #4. Παράγεται 4-μεθυλο-3-χλωρεξάνιο: 2·3,8 = 7,6.
 Υποκατάσταση σε ένα από τα δύο (3) άτομα υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #5. Παράγεται 4-μεθυλο-2-χλωρεξάνιο: 2·3,8 = 7,6.
 Υποκατάσταση σε ένα από τα τρία (3) άτομα υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #6. Παράγεται 4-μεθυλο-1-χλωρεξάνιο: 3·1 = 3.
 Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 16,3% 2-μεθυλο-1-χλωρεξάνιο, 13,6% 2-μεθυλο-2-χλωρεξάνιο, 20,7% 2-μεθυλο-3-χλωρεξάνιο, 20,7% 4-μεθυλο-3-χλωρεξάνιο, 20,7% 4-μεθυλο-2-χλωρεξάνιο και 8,2% 4-μεθυλο-1-χλωρεξάνιο.
 Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των πεντυλαλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος του τριτοταγούς (αυτού που το αλογόνο συνδέεται με τριτοταγές άτομο C, δηλαδή ατόμου C ενωμένου με 3 άλλα άτομα C) 2-μεθυλοβουτυλοαλογονιδίου-2. 
 Ειδικα για το βρώμιο θα έχουμε:
 Υποκατάσταση σε ένα από τα έξι (6) συνολικά άτομα υδρογόνου των ατόμων άνθρακα #1 και #1΄. Παράγεται 1-βρωμο-2-μεθυλεξάνιο: 6·1 = 6.
 Υποκατάσταση στο άτομο υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #2. Παράγεται 2-βρωμο-2-μεθυλεξάνιο: 1·1600 = 1600.
 Υποκατάσταση σε ένα από τα δύο (3) άτομα υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #3. Παράγεται 3-βρωμο-2-μεθυλεξάνιο: 2·82 = 164.
 Υποκατάσταση σε ένα από τα δύο (3) άτομα υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #4. Παράγεται 3-βρωμο-4-μεθυλεξάνιο: 2·82 = 164.
 Υποκατάσταση σε ένα από τα δύο (3) άτομα υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #5. Παράγεται 2-βρωμο-4-μεθυλεξάνιο: 2·82 = 164.
 Υποκατάσταση σε ένα από τα τρία (3) άτομα υδρογόνου του ατόμου άνθρακα #6. Παράγεται 1-βρωμο-4-μεθυλεξάνιο: 3·1 = 3.
 Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 0,3% 1-βρωμο-2-μεθυλεξάνιο, 76,2% 2-βρωμο-2-μεθυλεξάνιο, 7,8% 3-βρωμο-2-μεθυλεξάνιο, 7,8% 3-βρωμο-5-μεθυλεξάνιο, 7,8% 2-βρωμο-5-μεθυλεξάνιο και 0,1% 1-βρωμο-5-μεθυλεξάνιο.
 Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του  CH3CH2CH2CH(CH3)2:
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.
 
 
 

 

 Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή μονοααλογονιδίων.
 Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες CH3CH2CH2CH2CH(CH3)2 και Χ2 θα παραχθεί μίγμα όλων των αλογονοπαραγώγων του CH3CH2CH2CH(CH3)2.
 Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια CH3CH2CH2CH2CH(CH3)2, τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης CH3CH2CH2CH2CH(CH3)2 με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντισης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.

Νίτρωση 

 Αντιδρά με ατμούς HNO3 στην αέρια φάση:

 

όπου 0<a,b,c,d,e,f<1,  a + b + c + d + e + f = 1.

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 έξι (6) δεσμούς C#1,1'H2-H. Παράγεται 3-μεθυλεπτάνιο.
 Παρεμβολή στο δεσμό C-H: 1. Παράγεται 2,2-μεθυλεξάνιο.
 Παρεμβολή στους  δύο (2) δεσμούς C#3H-H. Παράγεται 2,3-μεθυλεξάνιο.
 Παρεμβολή στους  δύο (2) δεσμούς C#4H-H. Παράγεται 2,4-μεθυλεξάνιο.
 Παρεμβολή στους  δύο (2) δεσμούς C#5H-H. Παράγεται 2,5-μεθυλεξάνιο.
 Παρεμβολή στους  τρεις (3) δεσμούς C#6H2-H. Παράγεται 2-μεθυλεπτάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 3-μεθυλεπτάνιου (~37,5%), 2,2-διμεθυλεπτάνιου (~6%), 
2,3-διμεθυλεξάνιο (~12,5%), 2,4-διμεθυλεξάνιο (~12,5%), 2,5-διμεθυλεξάνιο (~12,5%) και 2-μεθυλεπτάνιου (-18,8%).

Καταλυτική ισομερείωση 

To 2-μεθυλεξάνιο 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