2-βουτένιο

Τα 2-βουτένια (Ε-2-βουτένιο και Z-2-βουτένιο, αντίστοιχα)Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών. είναι δύο (2) γεωμετρικά ισομερείς οργανικές χημικές ενώσεις, που περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C4H8 και σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH=CHCH3. Είναι μέλη της ομόλογης σειράς των αλκενίων, με τέσσερα (4) άτομα άνθρακα. Με βάση χημικό τύπο τους έχουν 4 ισομερή θέσης: 
 1-βουτένιο (α-βουτυλένιο).
 Μεθυλοπροπένιο (γ-βουτυλένιο).
 Κυκλοβουτάνιο. 
 Μεθυλοκυκλοπροπάνιο.

Για την ακρίβεια, τα 2-βουτένια είναι τα απλούστερα αλκένια που για τα οποία υπάρχει το φαινόμενο της γεωμετρικής ισομέρειας. Το μείγμα τους είναι πετροχημικό προϊόν, που παράγεται βιομηχανικά με καταλυτική πυρόλυση αργού πετρελαίου ή με διμερισμό του αιθενίου. Οι κύριες εφαρμογές του είναι η παραγωγή βενζίνης ή 1,3-βουταδιενίου2-Butene, SIDS Initial Assessment Report, Geneva: United Nations Environment Programme, February 1995.., αν και κάποιο ποσοστό του χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή βουτανόνης, μέσω υδρόλυσης των 2-βουτενίων, για ενδιάμεση παραγωγή 2-βουτανόλης, που οξειδώνεται, στη συνέχεια, παράγοντας τη βουτανόνη. Τα δυο γεωμετρικά ισομερή βουτανόνη είναι εξαιρετικά δύσκολο να διαχωριστούν με απόσταξη, εξαιτίας της μεγάλης εγγύτητας των θερμοκρασιών βρασμού τους (~4 °C το Z-2-βουτένιο και ~1 °C το E-2-βουτένιοChemical Safety Information from Intergovernmental Organizations). Ωστόσο, ο διαχωρισμός τους δεν είναι απαραίτητος, για τις περισσότερες εφαρμογές τους, αφού και τα δυο έχουν όμοια χημική συμπεριφορά στις περισσότερες επιθυμητές αντιδράσεις τους. Ένα τυπικό βιομηχανικό 2-βουτένιοΣυνήθως διακινείται ως ενιαίο προϊόν με αυτήν την ονομασία. περιέχει 70% Z-2-βουτένιο και 30% E-2-βουτένιο. Συνήθως περιέχει επίσης 1% ή λίγο περισσότερο βουτάνιο και 1-βουτένιο, καθώς και μικρότερα ποσοστά μεθυλοπροπάνιο, 1,3-βουταδιένιο και βουτίνια, ως βιομηχανικές προσμίξεις.

Μεταξύ τους τα δυο γεωμετρικά ισομερή 2-βουτένια διαφέρουν ελάχιστα σε φυσικές και χημικές ιδιότητες, αν και το E-2-βουτένιο έχει διπολική ροπή 0, ενώ το Z-2-βουτένιο έχει διπολική ροπή >0. Γι' αυτό το E-2-βουτένιο είναι ελαφρά σταθερότερο από το Z-2-βουτένιο. Είναι δυνατή η μετατροπή του καθενός ισομερούς στο άλλο.

 Ονοματολογία 

Η ονομασία «βουτένιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) 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, δηλαδή ότι είναι υδρογονάνθρακας. Τέλος τοποθετείται υποχρεωτικά στην αρχή ο αριθμός θέσης (2-) του διπλού δεσμού του, για να υπάρχει διάκριση των ισομερών.

 Δομή 

Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο που αποτελείται από δύο (2) άτομα υδρογόνου και δύο μεθύλια ενωμένα με ένα ζεύγος ατόμων άνθρακα που συνδέονται μεταξύ τους με ένα διπλό δεσμό. Όλα αυτά τα έξι (6) συνολικά άτομα (4 υδρογόνου + 2 άνθρακα στα δύο μεθύλια) είναι ομοεπίπεδα. Η δεσμική γωνία  HC=C 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 προπενίου 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 προπενίου.

ΔεσμοίΤα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.Δεσμόςτύπος δεσμούηλεκτρονική δομήΜήκος δεσμούΙονισμόςC#1,#4-Hσ2sp³-1s109 pm3% C- H+C#2,3-Hσ2sp²-1s108,7 pm3% C- H+C#1-C#2σ2sp³-2sp²151 pmC#3-C#4σ2sp²-2sp³151 pmC=Cσ2sp²-2sp²133,9 pmC=Cπ2p-2p133,9 pmΚατανομή φορτίωνσε ουδέτερο μόριο C,#1,#4-0,09 C#2,#3-0,03 H+0,03

 Παραγωγή 

 Με πυρόλυση αλκανίων 

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

 Με αφυδάτωση αλκανολών 

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 2-βουτανόλης παράγεται 2-βουτένιο. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, >150 °CΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.3.:

 Με απόσπαση υδραλογόνου 

Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από 2-βουτυλοαλογονίδιο παράγεται 2-βουτένιο:Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.:

 Με απόσπαση αλογόνου 

Με απόσπαση αλογόνου (X2) από 2,3-διαλοβουτάνιο παράγεται βουτένιο-2Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1β.:

 Με μερική καταλυτική υδρογόνωση 

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση 2-βουτινίου ή 1,3-βουταδιένιου παράγεται 2-βουτένιο, με δυνατότητα παραγωγής του ενός ή του άλλου γεωμερικού ισομερούς, ανάλογα με τα αντιδραστήριαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.158, §6.9.4.:1.

2. 

3.

4.

 Με καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων 

Με καταλυτική αφυδρογόνωση βουτανίου, παράγεται και 2-βουτένιο:

 Όπου .

 Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε καρβονυλικές ενώσεις 

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίου σε αιθανάλη (μέθοδος Wittig) παράγεται 2-βουτένιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.4.:

 Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 

 Τέλεια καύση 

 Ενυδάτωση 

1. Επίδραση θειικού οξέος και στη συνέχεια νερού (ενυδάτωση). Παράγεται 2-βουτανόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.3.:

2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου. Παράγεται δευτεροταγές βουτυλοβοράνιο και στη συνέχεια 2-βουτανόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.5.:

 Προσθήκη διβορανίου έχει το ίδιο αποτέλεσμα.
3. Αντίδραση με οξικό υδράργυρο και έπειτα αναγωγή. Παράγεται 2-βουτανόλη:

4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Prins με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2-βουτένιο απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει 2-μεθυλο-1-βουτεν-2-όλη:


 Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως 

Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε 2-βουτένιο παράγεται 3-αλο-2-βουτανόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.4.:

 Το HOX παράγεται συνήθως επιτόπου με την αντίδραση:

 Καταλυτική υδρογόνωση 

Με καταλυτική υδρογόνωση 2-βουτένιο σχηματίζεται βουτάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.6.:

 Αλογόνωση 

1. Με προσθήκη αλογόνου (X2) (αλογόνωση) σε 2-βουτένιο έχουμε προσθήκη στο διπλό δεσμό. Παράγεται 2,3-διαλοβουτάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.2.:

2. Υποκατάσταση σε αλλυλική θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς το διπλό δεσμό. Παράγεται 1-αλο-2-βουτένιο: Π.χ.:

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

 Υδραλογόνωση 

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε 2-βουτένιο παράγεται 2-βουτυλαλογονίδιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.1.:

 Καταλυτική αμμωνίωση 

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται 2-βουταναμίνη. 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 δευτεροταγής δ. βουτυλαμίνη. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται N-μεθυλο-2-βουταναμίνη:

3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Παράγεται τριτοταγής δ. βουτυλαμίνη. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται N,N-διμεθυλο-2-βουταναμίνη:

 Καταλυτική φορμυλίωση 

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε 2-βουτένιο παράγεται 2-μεθυλοβουτανάλη. 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 αλδεϋδών ή κετονών σε 2-βουτένιο απουσία νερού, σε χαμηλή θερμοκρασία παράγεται παράγωγο διοξανίου. Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 4,5-διμεθυλο-1,3-διοξάνιο:
 60 px 

 Διυδροξυλίωση 

Η διυδροξυλίωση 2-βουτενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη H2O2Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9.:

1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου. Παράγει 2,3-βουτανοδιόλη:

2. Επίδραση καρβοξυλικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Παράγει 2,3-βουτανοδιόλη:

3. Μέθοδος Sharpless. Παράγει 2,3-βουτανοδιόλη:

4. Μέθοδος Woodward. Παράγει 2,3-βουτανοδιόλη:

5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 1,3-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2-βουτένιο, παρουσία νερού. Αντίδραση Prins. Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 2-μεθυλο-1,3-βουτανοδιόλη:


 Οζονόλυση 

Με επίδραση όζοντος (οζονόλυση) σε 2-βουτένιο, παράγεται ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε αιθανάληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.10.:


 Επίδραση πυκνού υπερμαγγανικού καλίου 

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) παράγεται αιθανικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.8.:


 Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου 

Κατά την καταλυτική προσθήκη οξυγόνου σε 2-βουτένιο σχηματίζεται 1,2-διμεθυλοξιράνιο. Π.χ.:
 100 px

 Αλλυλική οξείδωση 

Με επίδραση διοξειδίου του σεληνίου σε 2-βουτένιο παράγεται 2-βουτεν-1-όλη:

 Η μέθοδος αυτή ονομάζεται αλλυλική οξείδωση.

 Αντίδραση Diels–Adler 

Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε 2-βουτένιο (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Diels–Adler) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγου κυκλοεξενίου. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παίρνουμε 4,5-διμεθυυλοκυκλοεξένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 160, §6.10.2.:
 80 px

 Αντίδραση Pauson-Khand 

Κατά την επίδραση αλκίνια και μονοξειδίου του άνθρακα σε 2-βουτένιο έχουμε την ονομαζόμενη αντίδραση Pauson-Khand που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοπεντόνης. Π.χ. με αιθίνιο παράγεται 4,5-διμεθυλο-2-κυκλοπεντενόνη:
 110 px 

 Προσθήκη καρβενίων 

Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε 2-βουτένιο σχηματίζεται 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο. Ταυτόχρονα όμως γίνονται και αντιδράσεις παρεμβολής στους δεσμούς C-H, οπότε παράγονται και πεντένιαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.7., σελ. 155, §6.7.3, R = CH3CH=CHCH2 ή CH3CΗ=CCH3:
 100 px

 Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε:
1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς CH2-H: 6.
2. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C-H: 2.
3. Προσθήκη στον (ένα διπλό) δεσμό: 1.

Προκύπτει επομένως μείγμα 2-πεντενίου ~67%, 2-μεθυλο-2-βουτένιου ~22% και [1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιου ~11%.

 Πολυμερισμός 

Διακρίνονται τα ακόλουθα είδη πολυμερισμού 2-βουτένιου, που όλα παράγουν β-πολυβουτυλένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.11.:
1. Κατιονικός. Π.χ.:

2.. Ελευθέρων ριζών. Π.χ.:

 Όπου v ο βαθμός πολυμερισμού.

 Φωτοχημικός διμερισμός 

Κατά το φωτοχημικό διμερισμό 2-βουτένιου σχηματίζεται 1,2,3,4-τετραμεθυλοκυκλοβουτάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.12.:
 100px|1,2-αιθεθυλοκυκλοβουτάνιο 

 Φωτοχημική προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών 

Με επίδραση αλδεϋδών ή κετονών σε 2-βουτένιο απουσία νερού σχηματίζονται και φωτοχημικά παράγωγα οξετανίου (Αντίδραση Paterno–Büchi). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 1,2-διμεθυλοξετάνιο:
 100px|1,2-διμεθυλοξετάνιο

 Αρυλίωση 

Με επίδραση αρενίων (ArH) παράγεται παράγωγο γενικού τύπου ArCH(CH3)CH2CH3. Π.χ. με βενζολίου, παρουσία καταλύτη, παράγεται 2-φαινυλοβουτάνιο:

 Πρόκειται για αντίδραση προσθήκης του βενζολίου (PhH) με την έννοια Phδ--Hδ+.

 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

Κατηγορία:Αλκένια
Κατηγορία:C4