2,2-διμεθυλεξάνιο

Το 2,2-διμεθυλεξάνιο είναι ένα διακλαδισμένο αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας, με χημικό τύπο C8H18 και σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)3C(CH2)3CH3

Ισομέρεια

Το 2-μεθυλεπτάνιο έχει τα ακόλουθα δεκαεπτά (17) ισομερή θέσης:
 οκτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3(CH2)6CH3).
 3-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3(CH2)3CH(CH3)CH2CH3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 4-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο [CH3(CH2)2]2CHCH3.
 Αιθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3CH2)2CHCH2CH2CH3.
 2-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CH(CH2)4CH3.
 2,3-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CΗCH(CH3)CH2CH2CH3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2,4-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CΗCH2CH(CH3)CH2CH3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2,5-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CΗCH2CH2CΗ(CH3)2
 3,3-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2C(CH3)2CH2CH2CH3.
 3,4-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)CH2CH3 (σε τρία (3) οπτικά ισομερή).
 Αιθυλο-2-μεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3CH2)2CHCH(CH3)2.
 Αιθυλο-3-μεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3CH2)2C(CH3)2.
 2,2,3-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2CH(CH3)C(CH3)3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2,2,4-τριμεθυλοπεντάνιο ή ισοκτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CHCH2C(CH3)3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2,3,3-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2C(CH3)2CH(CH3)2.
 2,3,4-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CHCH(CH3)CH(CH3)2 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 Tετραμεθυλοβουτάνιο (CH3)3CC(CH3)3.

Ονοματολογία 

Η ονομασία «2,2-διμεθυλεξάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «διμεθυλο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) όμοιων διακλαδώσεων, για την ακρίβεια ενωμένα και τα δύο με το άτομο #2 άνθρακα της κύριας ανθρακική αλυσίδας, όπως δείχνει το   και τα δυο («δι-») ενός (1) ατόμου άνθρακα («-μεθυλο-») και συγκεκριμένα και οι δυο στο άτομο άνθρακα #2, όπως δηλώνουν οι αρχικοί αριθμοί θέσης («2,2-»), το τμήμα «εξ-» δηλώνει την παρουσία  έξι (6) 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 οκτώ (8) άτομα άνθρακα (τέσσερα (4) πρωτοταγή, τρία (3) δευτεροταγή και  ένα (1) τεταρτοταγές) και δεκαοκτώ (18) 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 

1. Δομικά το 2,2-διμεθυλεξτάνιο αποτελείται από τριτοταγές βουτύλιο ((CH3)3C-) και ένα βουτύλιο (-CH2CH2CH2CH3).  Επομένως, ο απλούστερος τρόπος παρασκευής καθαρού ισοεπτανίου είναι η αντίδραση ζεύγους τριτοταγούς βουτυλολίθιου με βουτυλαλογονίδιο ή αντίστροφα τριτοταγές βουτυλαλογονίδιου με βουτυλολίθιο:
ή

2. Εναλλακτικά γίνεται η σύνθεση 2,2-διμεθυλεξανίου γίνεται και με επίδραση μεθυλολιθίου σε 2,2-διαλεξάνιο:

Παραγωγή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων 

Κατάλληλα για παραγωγή 2,2-διμεθυλεξάνιου είναι τα ακόλουθα αλκυλαλογονίδια:
 1-αλο-2,2-διμεθυλεξάνιο.
 3-αλο-2,2-διμεθυλεξάνιο.
 3-αλο-5,5-διμεθυλεξάνιο.
 2-αλο-5,5-διμεθυλεξάνιο.
 1-αλο-5,5-διμεθυλεξάνιο.
 Καθένα από αυτά, π.χ. το 1-αλο-5,5-διμεθυλεξτάνιο, 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 2,2-διμεθυλεξάνιο. 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 2,2-διμε8υλεξάνιο.

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων 

1. Με αναγωγή 2,2-διμεθυλεξανάλης ή 5,5-διμεθυλεξανάλης με υδραζίνη (NH2NH2) (αντίδραση Wölf-Kishner) παράγεται 2,2-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για την 5,5-διμεθυλεξανάλη έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

2. Με αναγωγή 5,5-διμεθυλεξανόνης-2 ή 5,5-διμεθυλεξανόνης-3 ή 2,2-διμεθυλεξανόνης-3 (Αντίδραση Clemmensen) παράγεται 2,2-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για την 5,5-διμεθυλεξανόνη-2 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση::

 Παραπάνω αναφέρθηκαν μόνο οι κατάλληλες οξυγονούχες ενώσεις με ένα άτομο οξυγόνου ανά μόριο. Υπάρχουν όμως και πολυπλοκότερες, με περισσότερα άτομα οξυγόνου ανά μόριο, που μπορούν να επίσης να δώσουν 2,2-διμε8υλεξάνιο.

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων 

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών (μέθοδος Raney) παράγεται 2,2-διμεθυλεξάνιο. Για την παραγωγή του 2,2-διμεθυλεξάνιου κατάλληλες είναι οι ακόλουθες θειόλες:
 2,2-διμεθυλεξανοθειόλη-1.
 2,2-διμεθυλεξανοθειόλη-3.
 5,5-διμεθυλεξανοθειόλη-3.
 5,5-διμεθυλεξανοθειόλη-2.
 5,5-διμεθυλεξανοθειόλη-1.

Π.χ. για την 5,5-διμεθυλεξανοθειόλη-1 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειαιθέρων (μέθοδος Raney) παράγεται 2,2-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για το 5,5-διμεθυλο-1-(5΄,5΄-διμεθυλεξυλοθει)εξάνιο χουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση

Με καταλυτική υδρογόνωση ακόρεστων αλειφατικών υδρογονανθράκων 

Με καταλυτική υδρογόνωση κατάλληλων ακόρεστων υδρογονανθράκων παράγεται 2,2-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για το 5,5-διμεθυλεξένιο-1 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

Παραγωγή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας 

 Mε τη θέρμανση αλκαλικού διαλύματος των κατάλληλων καρβοξυλικών οξέων παράγεται 2,2-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για το 6,6-διμεθυλεπτανικό οξύ έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

Χημικές ιδιότητες

Οξείδωση 

1. Όπως όλα τα αλκάνια, το 2,2-διμεθυλεξάνιο 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 σχεδόν ισομοριακό μίγμα 2,2-διμεθυλεξανόνης-3, 5,5-διμεθυλεξανόνης-3 και 5,5-διμεθυλεξανόνης-2:

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,#1΄,#1΄΄H2-H. Παράγεται 3,3-διμεθυλεπτάνιο.
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#3H-H. Παράγεται 2,2,3-τριμεθυλεξάνιο.
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#4H-H. Παράγεται 2,2,4-τριμεθυλεξάνιο.
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#5H-H. Παράγεται 2,2,5-τριμεθυλεξάνιο.
 Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C#6H2-H. Παράγεται 2,2-διμεθυλεπτάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 3,3-διμεθυλεπτάνιου (~50%), 2,2,3-τριμεθυλεξάνιου (~11,1%), 2,2,4-τριμεθυλεξάνιου (~11,1%), 2,2,5-τριμεθυλεξάνιου (~11,1%) και 2,2-διμεθυλεπτάνιου (~16,7%).

Καταλυτική ισομερείωση 

2,2-διμεθυλεξάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς όλα τα ισομερή του.

Aναφορές 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.

Οκτάνια