2,2-διμεθυλοβουτάνιο

Το 2,2-διμεθυλοβουτάνιο ή νεοεξάνιο είναι ένα αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας, με μοριακό τύπο C6H14 και σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)3CCH2CH3. Αποτελεί συστατικό του αργού πετρελαίου και ιδιαίτερα της βενζίνης, μετά από πυρόλυση. Η ποιότητά του ως καύσιμο βενζινοκινητήρων είναι μέτρια, αφού έχει αριθμό οκτανίου 93,4. Ως καύσιμο ντίζελ είναι ακόμη χειρότερο, με αριθμό κετανίου 24,4.

 Ονοματολογία 

Η ονομασία «διμεθυλοβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «διμεθυλο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) όμοιων διακλαδώσεων  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 «βουτ-» δηλώνει την παρουσία  τεσσάρων (4) 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 που διαθέτουν χαρακτηριστικές καταλήξεις.

 Δομή 

Το μόριό του αποτελείται από έξι (6) άτομα άνθρακα [τέσσερα (4) πρωτοταγήΆτομο C ενωμένο με ένα (1) άλλο άτομο C., ένα (1) δευτεροταγέςΆτομο C ενωμένο με δύο (2) άλλα άτομα C. και  ένα (1) τεταρτογενέςΆτομο C ενωμένο με τέσσερα (4) άλλα άτομα C.], που πλαισιώνονται δεκατέσσερα (14) άτομα υδρογόνου.

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-Hσ2sp3-1s109 pm3% C- H+C-Cσ2sp3-2sp3154 pmΚατανομή φορτίωνσε ουδέτερο μόριο C#1,#4,#1',#1"-0,09 C#3-0,06 C#20,00 H+0,03

 Παραγωγή 

 Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές 

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

 Παρασκευή με αντιδράσεις σύνθεσης 

1. Δομικά το 2,2-διμεθυλοβουτάνιο αποτελείται από δυο τμήματα: α) το τριτοταγές βουτύλιο [(CH3)3C-] και β) το αιθύλιο (CH3CH2-). Επομένως, η απλούστερη μέθοδος σύνθεσης καθαρού 2,2-διμεθυλοβουτάνιου είναι η αντίδραση αντίστοιχων ζευγών αλκυλαλογονιδίου-αλκυλολιθίου. ΔηλαδήΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.5:
ή

όπου X οποιοδήποτε αλογόνο, αλλά συνήθως χρησιμοποιείται το βρώμιο (Br).

2. Αν επιχειρηθεί η ανάλογη αντίδραση Βουρτζ (Wurtz) το αποτέλεσμα είναι ένα μείγμα προϊόντων, λόγω των ακόλουθων δύο (2) ανταγωνιστικών αντιδράσεωνΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2β, R = CH3CH2, R' = (CH3)3CH: 

 Οι ρίζες των τριτοταγών βουτυλίων δεν ενώνονται μεταξύ τους λόγω στερεοχημικής παρεμπόδισης«Στερεοχημική παρεμπόδιση» ονομάζεται το φαινόμενο της μη πραγματοποίησης αντίδρασης για στερεοχημικούς λόγους, δηλαδή όταν σχετικά ογκώδεις μη ενεργές ομάδες εμποδίζουν τα ενεργά κέντρα να πλησιάσουν αρκετά μεταξύ τους ώστε να πραγματοποιηθεί η αντίδραση.
 Η αντίδραση είναι συγκριτικά ασύμφορη σε σχέση με την προηγούμενη, αλλά τα προϊόντα αυτά διαχωρίζονται σχετικά εύκολα, με απόσταξη. Το βαρύτερο είναι το ζητούμενο (εδώ) νεοεξάνιο με σ.ζ.: 49,73 °C ενώ του βουτανίου με σ.ζ.: -0,5 °C.

 Παραγωγή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή μήκους ανθρακικής αλυσίδας 

 Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων 

1. Με «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.1β., με R = (CH3)3CCH2CH2 ή (CH3)3CCHCH3 ή CH2C(CH3)2CH2CH3:
ήή
2. Με LiAlH4 ή NaBH4Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, §6.2.1α., με R = (CH3)3CCH2CH2 ή (CH3)3CCHCH3 ή CH2C(CH3)2CH2CH3:
ήή
3. Με αναγωγή αντίστοιχων ιωδαλκανίων με υδροϊώδιοΑ. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.14, §1.1:
ήή
4. Με αναγωγή από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται 2,2-διμεθυλοβουτάνιoΑ. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.:
ήή
5. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.:
ήή
6. Με αναγωγή από μέταλλα και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων:
1. Με χρήση LiΑ. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.80-82, §5.1-5.2:
ήή
2. Με χρήση MgΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.2.4α., με R = (CH3)3CCH2CH2 ή (CH3)3CCHCH3 ή CH2C(CH3)2CH2CH3:
ή

ή

 Με υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων 

1. Από 3,3-διμεθυλοβουτένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.2.5.:

2. Από διμεθυλοβουτίνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 158, §6.9.4α.:

 Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων 

1. Με αναγωγή κατάλληλων αλδεϋδών - Αντίδραση Βολφ-Κίσνερ (Wolf-Kishner)Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.7.6β.:
1. Από 2,2-διμεθυλοβουτανάλη:

2. Από 3,3-διμεθυλοβουτανάλη:

2. Με αναγωγή κατάλληλων κετονών - Αντίδραση Κλεμμενσέν (Clemmensen)Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.7.6α, R = CH3, R' = (CH3)3C:
1. Από διμεθυλοβουτανόνη:

 Με αναγωγή θειούχων ενώσεων 

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών μπορεί να παραχθεί 2,2-διμεθυλοβουτάνιο. Π.χ. από την αναγωγή της 3,3-διμεθυλοβουτανοθειόλης (μέθοδος Raney)Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.269, §11.6B7.:

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειαιθέρων μπορεί να παραχθεί 2,2-διμεθυλοβουτάνιο. Π.χ. από την αναγωγή του δι(3,3-διμεθυλοβουτυλο)θειαιθέρα (μέθοδος Raney):

 Παρασκευή με αντιδράσεις αποσύνθεσης, δηλαδή με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας 

 Με τη θέρμανση αλκαλικού διαλύματος 3,3-διμεθυλοπεντανικού οξέος [CH3CH2(CH3)CH2COOΗ] ή 4,4-διμεθυλοπεντανικού οξέος [CH3(CH3)CH2CH2COOΗ] ή 2,3,3-τριμεθυλοβουτανικού οξέος [(CH3)3CCH(CH3COOΗ]Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.3α., με R = CH3CH2(CH3)CH2 ή CH3(CH3)CH2CH2 ή (CH3)3CCH(CH3):
ήή

 Φυσικές ιδιότητες και ισομερή 

Το νεοεξάνιο είναι άχρωμο υγρό με ελαφριά χαρακτηριστική οσμή. Ανήκει στην οικογένεια των αλκανίων  και μάλιστα είναι ένα από τα μέλη που διατηρεί την εμπειρική του ονομασία ανεξάρτητα από τους κανόνες ονοματολογίας.

Με βάση το χημικό τύπο του προκύπτει ότι η ένωση σχηματίζει τέσσερα (4) ισομερή και συγκεκριμένα τα ακόλουθα:

 Εξάνιο: CH3(CH2)4CH3
 2-μεθυλοβουτάνιο (ισοεξάνιο):(CH3)2CHCH2CH2CH3
 3-μεθυλοπεντάνιο: CH3CH2CH(CH3)CH2CH3
 2,3-διμεθυλοβουτάνιο: (CH3)2CHCH(CH3)2

Συντακτικός τύποςΔομήΌνομα IUPAC(ελληνική μορφή)
ΌνομαΜοριακόΒάροςΣημείο ζέσεως(°C, 1 atm)Βαθμός οκτανίουΒαθμός κετανίου<figure-inline>σύνδεσμος=|200x200εσ</figure-inline>κ-εξάνιο
εξάνιο86,18692642100x100εσ|ισοεξάνιο2-μεθυλοπεντάνιο
ισοεξάνιο58,1260 73,523100x100εσ|3-μεθυλοπεντάνιο3-μεθυλοπεντάνιο58,1264 74,330100x100εσ|νεοεξάνιο2,2-διμεθυλοβουτάνιο
νεοεξάνιο58,1249,73 93,424,4<figure-inline></figure-inline>2,3-διμεθυλοβουτάνιο58,1257,994,3

 Χημικές ιδιότητες 

 Οξείδωση 

1. Τέλεια καύση:  Όπως όλα τα αλκάνια, το νεοεξάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερόΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.1,  v = 6 και μετατροπή μονάδας ενέργειας σε kJ.:

 Αν και η αντίδραση είναι έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-CΔHC-C= +347 kJ/mol, των δεσμών C-HΔHC-H = +415 kJ/mol και των δεσμών (Ο=Ο)ΔHO-O=+146 kJ/mol του O2:

2. Παραγωγή υδραερίου:

3. Καταλυτική οξείδωση κυρίως προς διμεθυλοβουτανόνη:

 Αλογόνωση Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.1β., με R = (CH3)3CCH2CH2 ή CH2C(CH3)2H2CH3 ή (CH3)3CCHCH3 

 Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
 όπου 0<a,b,c<1, a+b+c = 1, διαφέρει ανάλογα με το αλογόνο: 
 Τα F και Cl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Το φθόριο είναι επικίνδυνα δραστικό και γι'  αυτό η χρήση του γενικά αποφεύγεται. Αν χρησιμοποιηθεί συνήθως καταλήγει σε γενική ανάφλεξη που οδηγεί σε μείγματα φθορανθράκων (όπως ο τετραφθοράνθρακας, CF4) και όχι απλώς αντικατάσταση ατόμων υδρογόνου από άτομα φθορίου. Έτσι, αν είναι επιθυμητή η παραγωγή μονοφθοροπαραγώγων, προτιμάται πρώτα χλωρίωση ή βρωμίωση και στη συνέχεια υποκατάσταση του άλλου αλογόνου από φθόριο, συνήθως με χρήση αλάτων όπως ο φθοριούχος υφυδράργυρος (Hg2F2) ή ο φθοριούχος άργυρος (AgF). Για το χλώριο, η αναλογία των χλωριδίων εξαρτάται σημαντικά από τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H:
2,2-διμεθυλοχλωροβουτάνιο: 9·1 = 9
 3,3-διμεθυλο-2-χλωροβουτάνιο: 2·3,8=7,6
 3,3-διμεθυλο-1-χλωροβουτάνιο: 9·1 = 6
 Δηλαδή το μείγμα που προκύπτει είναι: 2,2-διμεθυλοχλωροβουτάνιο [9/(9+7,6+6) =] 39,8%, 3,3-διμεθυλο-2-χλωροβουτάνιο = [7,6/(9+7,6+6) =] 33,6%, 3,3-διμεθυλο-1-χλωροβουτάνιο [6/(9+7,6+6)=] 26,5%.
 Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των αλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος του 2-αλο-3,3-διμεθυλοβουτάνιου που έχει το X σε δευτεροταγές άτομο C (άτομο C που συνδέεται με άλλα 2 άτομα C). Ειδικά για το βρώμιο θα έχουμε:
βρωμο-2,2-διμεθυλοβουτάνιο: 9·1 = 9
 2-βρωμο-3,3-διμεθυλοβουτάνιο: 2·82=164
 1-βρωμο-3,3-διμεθυλοβουτάνιο: 6·1 = 6
 Δηλαδή το μείγμα που προκύπτει είναι: βρωμο-2,2-διμεθυλοβουτάνιο [9/(9+164+6)=]5%, 2-βρωμο-3,3-διμεθυλοβουτάνιο [164/(9+164+6)=] 91,6%, 1-βρωμο-3,3-διμεθυλοβουτάνιο [6/(9+164+6)=] 3,3%.
 Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του CH3CH2C(CH3)3:
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.
 καθοριστικό ταχύτητας
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  CH3CH2C(CH3)3 και Χ2 θα παραχθεί μείγμα όλων των αλογονοπαραγώγων του CH3CH2C(CH3)3.
 Αν όμως χρησιμοποιηθεί περίσσεια  CH3CH2C(CH3)3, τότε η απόδοση των μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντησης  CH3CH2C(CH3)3 με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντησης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.

 Παρεμβολή καρβενίων 

 Τα καρβένια C-H. Π.χ. έχουμεΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3, R = (CH3)3CCH2CH2 ή CH2C(CH3)2H2CH3 ή (CH3)3CCHCH3.:

 Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;

 Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C#4H2-Η : 3
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς  CH-H: 2
 Παρεμβολή στους εννέα (9) δεσμούς C#1,#1',#1"H2-H: 9: 9

Προκύπτει επομένως μείγμα 3,3-διμεθυλοπεντάνιου (~64%), 2,2-διμεθυλοπεντάνιου (~21%) 
και τριμεθυλοβουτάνιου (-14%).

 Νίτρωση 

 Αντιδρά με ατμούς HNO3 στην αέρια φάσηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244 , §10.3.2, R = (CH3)3CCH2CH2 ή CH2C(CH3)2H2CH3 ή (CH3)3CCHCH3:

όπου 0<a,b,c<1, a + b + c = 1.

 Καταλυτική ισομερείωση 

Τo 2,2-διμεθυλοβουτάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς εξάνιο, 2-μεθυλοπεντάνιο, 3-μεθυλοπεντάνιο και 2,3-διμεθυλοβουτάνιο:

 Χρήσεις 

 Είναι συστατικό της βενζίνης, που χρησιμοποιείται ως καύσιμο και διαλυτικό.
 Πρώτη ύλη συνθέσεων, μέσω των αλογονοπαραγώγων του.

 Αναφορές και σημειώσεις 

 Πηγές 

 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:Εξάνια