Επτάνιο

Το επτάνιοΧρησιμοποιούνται συχνά τα προθέματα n- ή κ- για να επισημάνουν ότι αναφερόμαστε στο γραμμικό ισομερές. είναι ένα αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας, μοριακό τύπο C7H16 και ημισυντακτικό τύπο CH3(CH2)5CH3. Το επτάνιο έχει εξ' ορισμού βαθμό οκτανίου μηδέν (0), οπότε δεν αποτελεί καλό καύσιμο για βενζινοκινητήρες, αλλά, έχοντας βαθμό κετανίου 55, δηλαδή >50, αποτελεί καλό καύσιμο για κινητήρες ντίζελ.

Η χημικά καθαρή ένωση, υπό τις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι άχρωμο εύφλεκτο και πτητικό υγρό. 

 Ονοματολογία 

Η ονομασία «επτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «επτ-» δηλώνει την παρουσία επτά (7) ατόμων άνθρακα ανά μόριο 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 (δύο (2) πρωτοταγήΆτομο C ενωμένο με ένα (1) άλλο άτομο C. και πέντε (5) δευτεροταγήΆτομο C ενωμένο με δύο (2) άλλα άτομα C.) και δεκαέξι (16) 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,#7-0,09 C#2-#6-0,06 H+0,03

 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.

 Παρασκευή με αντιδράσεις σύνθεσης: Από πρώτες ύλες με μικρότερη ανθρακική αλυσίδα 

1. Από κατάλληλα ζεύγη αλκυλαλογονιδίου - αλκυλολιθίου:
1. Ζεύγος προπυλαλογονιδίου - βουτυλολιθίου ή προπυλολιθίου - βουτυλαλογονιδίου:
ή
2. Ζεύγος αιθυλαλογονιδίου - πεντυλολιθίου ή αιθυλολιθίου - πεντυλαλογονιδίου:
ή
3. Ζεύγος μεθυλαλογονιδίου - εξυλολιθίου ή μεθυλολιθίου - εξυλαλογονιδίου:
ή
2. Οι αντίστοιχες αντιδράσεις Wurtz είναι γενικά ασύμφορες γιατί παράγουν μίγματα με παραπροϊόντα. Π.χ.:Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2β, R = CH3, R' = CH3CH2CH2CH2: 

 Τα προϊόντα αυτά διαχωρίζονται σχετικά εύκολα: Το βαρύτερο, το δωδεκάνιο είναι υγρό (σ.ζ.: 216,2 °C
 °C) στις ΣΣΣυνηθισμένες συνθήκες: P = 1 atm, Τ = 25 °C. Το ζητούμενο (εδώ) επττάνιο είναι επίσης υγρό, αλλά πολύ πιο πτητικό (98,42&degC) και το αιθάνιο είναι αέριο (σ.ζ.: -88,6 °C).

 Παρασκευή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας 

1. Αναγωγή κατάλληλων αλκυλαλογονιδίων:
1. Με αναγωγή από «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.1β., με R = CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2 ή CH3CH2CH2CH2CH2CHCH3  ή CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3  ή CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3:
ή

ή

ή
2. Με αναγωγή από LiAlH4 ή NaBH4Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, §6.2.1α., με R = CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2 ή CH3CH2CH2CH2CH2CHCH3  ή CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3  ή CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3:
ή

ή

ή
3 Με αναγωγή αντίστοιχων αλκυλιωδιδίων από HI:
ή

ή

ή
4 Με αναγωγή από μέταλλα και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων:
1. Με χρήση Li:
όπου |Εt2Ο| : άνυδρος διαιθυλαιθέρας

ή

ή

ή
2. Με χρήση MgΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.2.4α., με R = CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2 ή CH3CH2CH2CH2CH2CHCH3  ή CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3  ή CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3:
αντιδρασήριο Grignard

ή

ή

ή
2. Με καταλυτική υδρογόνωση κατάλληλων ακόρεστων αλειφατικών υδρογονανθράκωνΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.2.5.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 158, §6.9.4α.:
1. Επτενίων:
ή

ή
2. Επταδιενίων:
ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή
3. Επτινίων:
ή

ή
4. Επτατριενίων:
ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή
5. Επτενίνιων:
ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή
6.Επτατετραένιων:
ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή
7.Επταδιενίνιων:
ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή

ή
8. Επταδιινίων:
ή

ή

ή

ή

ή
9. Επταπενταένιων:
ή

ή
10. Επτατριενίνιων:
ή

ή

ή

ή
11. Επταενδιίνιων:
ή

ή

ή
12. Επτατριίνιων:
ή
13. Επταεξαένιων:

4. Με αναγωγή επτανάλης- Αντίδραση Wolf-KishnerΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.7.6β.:

5. Με αναγωγή επτανόνης-2 ή επτανόνης-3 ή επτανόνης-4 - Αντίδραση ClemmensenΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.7.6α, R = CH3CH2CH2CH2, R' = CH3 ή R = CH3CH2CH2CH2, R' = CH3CH2 ή R = R' = CH3CH2CH2:
ή

ή

 Παρασκευή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας 

 Με τη θέρμανση αΛκαλικού διαλύματος οκτανικού οξέος (CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2COOH) ή 2-μεθυλοεπτανικού οξέος [CH3CH2CH2CH2CH2CH(CH3)COOH] ή 2-αιθυλοεξανικού οξέος [CH3CH2CH2CH2CH(CH2CH3)COOH] ή 2-προπυλοπεντανικού οξέος [CH3CH2CH2CH(CH2CH2CH3)COOH]   
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.3α., με R = CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2 ή CH3CH2CH2CH2CH2CHCH3 ή CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3 ή CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3:
ή

ή

ή

 Φυσικές ιδιότητες και ισομερή 

Το επτάνιο έχει τα ακόλουθα οκτώ (8) [δέκα (10) αν μετρηθούν και τα οπτικά] ισομερή:

 CH3(CH2)3CH(CH3)2: 2-μεθυλεξάνιο ή ισοεπτάνιο.
 CH3(CH2)2CH(CH3)CH2CH3: R,S-3-μεθυλεξάνιο.
 (CH3)3C(CH2)2CH3: 2,2-διμεθυλοπεντάνιο ή νεοεπτάνιο.
 (CH3)2CΗCH(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.
Συντακτικός τύποςΔομήΌνομα IUPAC(ελληνική μορφή)ΌνομαΜοριακόΒάροςΣημείο ζέσεως(°C, 1 atm)100pxκ-επτάνιοεπτάνιο100,2198,42100px2-μεθυλεξάνιοισοεπτάνιο100,2190 100px3-μεθυλεξάνιο100,2190,7 2,2-διμεθυλοπεντάνιονεοεπτάνιο100,2177,9 2,3-διμεθυλοπεντάνιο100,2189,42,4-διμεθυλοπεντάνιο100,2180,53,3-διμεθυλοπεντάνιο100,2185,7100pxαιθυλοπεντάνιο100,2193,5100pxτριμεθυλοβουτάνιοτριπτάνιο100,2181,7

 Χημικές ιδιότητες 

 Οξείδωση 

1. Όπως όλα τα αλκάνια, το n-επτάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερόΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.1,  v = 7 και μετατροπή μονάδας ενέργειας σε kJ.:

 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-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 προς επτανάνη-2, επτανάνη-3 και επτανάνη-4:

 Είναι τα κύρια προϊόντα της καταλυτικής οξείδωσης του πεντανίου, αλλά παράγεται και μια μικρή ποσότητα επτανάλης.

 ΑλογόνωσηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.1β., με R = CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2 ή CH3CH2CH2CH2CH2CHCH3 ή CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3 ή CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3 

 Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
 όπου 0<a,b,c,d<1, a + b + c + d = 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 γοα το χλώριο θα έχουμε: 
 1-χλωρεπτάνιο: 6·1 = 6.
 2-χλωρεπτάνιο: 4·3,8 = 15,2.
 3-χλωρεπτάνιο: 4·3,8 = 15,2.
 4-χλωρεπτάνιο: 2·3,8 = 7,6.

 Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 13,7% 1-χλωρεπτάνιο, 34,5% 2-χλωρεπτάνιο, 34,5% 3-χλωρεπτάνιο και 17,3% 4-χλωρεπτάνιο.
 Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των πεντυλαλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος των δευτεροταγών (αυτών που το αλογόνο συνδέεται με δευτεροταγές άτομο C, δηλαδή ατόμου C ενωμένου με 2 άλλα άτομα C) πεντυλοαλογονίδιων. Ειδικα για το βρώμιο θα έχουμε:
 1-βρωμεπτάνιο: 6·1 = 6.
 2-βρωμεπτάνιο: 4·82 = 328.
 3-βρωμεπτάνιο: 4·82 = 328.
 4-βρωμεπτάνιο: 2·82 = 162.
 Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 0,7% 1-βρωμεπτάνιο, 39,8% 2-βρωμεπτάνιο, 39,8% 3-βρωμεπτάνιο και 32,7% 4-βρωμεπτάνιο.

 Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του CH3(CH2)5CH3:
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 μονοαλογονοπαραγώγων.
 Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες CH3(CH2)5CH3 και Χ2 θα παραχθεί μίγμα όλων των X-παραγώγων του CH3(CH2)5CH3
 Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια CH3(CH2)5CH3, τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης CH3(CH2)5CH3 με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντισης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.

 Παρεμβολή καρβενίων 

 Τα καρβένια (π.χ. [:CH2]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμεΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3, R = CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2 ή CH3CH2CH2CH2CH2CHCH3 ή CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3 ή CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3:

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

 Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς CH2-H: 6
 Παρεμβολή στους τέσσερεις (4) δεσμούς 2-CH-H: 4
 Παρεμβολή στους τέσσερεις (4) δεσμούς 3-CH-H: 4
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς 4-CH-H: 2

Προκύπτει επομένως μίγμα οκτανίου ~37,5%, 2-μεθυλοεπτανίου ~25%, 3-μεθυλοεπτάνιου ~25% και 4-μεθυλοεπτάνιου 12,5%.

 Καταλυτική ισομερείωση 

Το επτάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς όλα τα ισομερή του:



 Αναφορές και σημειώσεις 

 Πηγές 
 Χημικές ιδιότητες του επτανίου 
 Η σελίδα της Ε.Ε. για την ταξινόμηση και την επισήμανση των επικίνδυνων ουσιών.
 Τεχνικό δελτίο δεδομένων n-εξανίου από την Shell Chemicals
 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.

Κατηγορία:Επτάνια