Μεθυλοπροπένιο

Το μεθυλοπροπένιοΤυπικά, το πλήρες συστηματικό του όνομα θα ήταν 2-μεθυλοπροπένιο-1, αλλά οι αριθμοί θέσης παραλήπονται επειδή εννοούνται, αφού δεν υπάρχει άλλο μεθυλοπροπένιο. ή ισοβουτυλένιο ή γ-βουτυλένιο είναι ένα αλκένιο με σημαντική βιομηχανική σπουδαιότητα. Είναι ένα από τα τέσσερα (4) ισομερή βουτένια. Με βάση το μοριακό του τύπο (C4H8) είναι ισομερές θέσης με τις ακόλουθες τέσσερεις (4) ενώσεις:
 1-βουτένιο
 Ε,Ζ-2-βουτένιο (με 2 γεωμερικά ισομερή) και
 Κυκλοβουτάνιο
 Μεθυλοκυκλοπροπάνιο
Η χημικώς καθαρή ένωση, υπό τις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι άχρωμο και εύφλεκτο αέριο, υγροποιήσιμο με συμπίεση.

 Ονοματολογία 

Η ονομασία «μεθυλοπροπένιο» από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «μεθυλο-»Ο αριθμός θέσης (2-) της διακλάδωσης παραλείπεται, επειδή δεν υπάρχει άλλο μεθυλοπροπένιο. δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης ενός (1) ατόμου άνθρακα, το τμήμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα στην κύρια ανθρακική αλυσίδα 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.

 Δομή 

Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο που αποτελείται από δύο (2) άτομα υδρογόνου και δύο (2) μεθύλια ενωμένα με ένα ζεύγος ατόμων άνθρακα που συνδέονται μεταξύ τους με ένα διπλό δεσμό. Όλα αυτά τα έξι (6) συνολικά άτομα [2 υδρογόνου + 4 άνθρακα (τα 2 με το διπλό δεσμό + 2 από τα 3 μεθύλια)] είναι ομοεπίπεδα. Η γωνία  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. Ή 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#3,#1΄-Hσ2sp3-1s109 pm3% C- H+C#1,#2-Hσ2sp2-1s108,7 pm3% C- H+C#3-C#2σ2sp3-2sp2151 pmC#3-C#1΄σ2sp3-2sp2151 pmC=Cσ2sp2-2sp2133,9 pmC=Cπ2p-2p133,9 pmΚατανομή φορτίωνσε ουδέτερο μόριο C#3,#1΄-0,09 C#1-0,06 C#20,00 H+0,03

 Παραγωγή 

 Με αφυδάτωση αλκανολών 

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 1-μεθυλοπροπανόλης ή 2-μεθυλοπροπανόλης παράγεται μεθυλοπροπένιο. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, >150 °CΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.3.:
1.

2.

 Με απόσπαση υδραλογόνου 

Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από ισοβουτυλοαλογονίδιο ή τ.βουτυλοαλογονίδιο παράγεται μεθυλοπροπένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.:

2.

 Με απόσπαση αλογόνου 

Με απόσπαση αλογόνου (X2) από 1,2-διαλομεθυλοπροπάνιο παράγεται μεθυλοπροπένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1β.:

 Με καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων 

Με καταλυτική αφυδρογόνωση ισοβουτανίου, παράγεται μεθυλοπροπένιο:

 Όπου .

 Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιακών αλάτων 

Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιακών αλάτων (μέθοδος Hoffmann) παράγεται και μεθυλοπροπένιο. Π.χ.

 Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε καρβονυλικές ενώσεις 

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

 Παράγωγα 

 Τέλεια καύση 

 Ενυδάτωση 

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

2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου. Παράγεται ισοβουτυλοβοράνιο και στη συνέχεια 1-μεθυλοπροπανόληΑσκήσεις 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-μεθυλοπροπανόλη:

4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Prins με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε μεθυλοπροπένιο απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει 3-μεθυλο-2-βουτεν-1-όλη:

 Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως 

Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε μεθυλοπροπένιο παράγεται 1-αλο-2-μεθυλο-2-προπανόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.4.:

 Το HOX παράγεται συνήθως επιτόπου με την αντίδραση:

 Όλα αυτά ισχύουν αν X≠F. Αν X = F τότε παράγεται 2-μεθυλο-2-φθορο-1-προπανόλη:

 Καταλυτική υδρογόνωση 

Με καταλυτική υδρογόνωση μεθυλοπροπένιο σχηματίζεται ισοβουτάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.6.:

 Αλογόνωση 

1. Με προσθήκη αλογόνου (X2) (αλογόνωση) σε μεθυλοπροπένιο έχουμε προσθήκη στο διπλό δεσμό. Παράγεται 1,2-διαλομεθυλοπροπάνιο. 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-μεθυλοπροπένιο: Π.χ.:

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

 Υδραλογόνωση 

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε μεθυλοπροπένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.1.:
1. Με τον πολικό μηχανισμό. Παράγεται τ.βουτυλαλογονίδιο:

2. Με το μηχανισμό ελευθέρων ριζών. Παράγεται ισοβουτυλαλογονίδιο:

 Καταλυτική αμμωνίωση 

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται τ. βουτυλαμίνη. 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 βουτυλαμίνη. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται δ. βουτυλομεθυλαμίνη:

3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Παράγεται τριτοταγής δ. βουτυλαμίνη. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται τ. βουτυλοδιμεθυλαμίνη:

 Καταλυτική φορμυλίωση 

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε μεθυλοπροπένιο παράγεται διμεθυλοπροπανάλη ή μεθυλοβουτανάλη. Π.χ.:

 Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.
 Όπου . Εξαρτάται από την επιλογή του καταλύτη. Οι σχετικά ογκώδεις καταλύτες ευνοούν το δεύτερο παραγωγο.

 Προσθήκη αλδεΰδών ή κετονών κατά Prins 

Με επίδραση περίσσειας αλδευδών ή κετονών σε προπένιο απουσία νερού, σε χαμηλή θερμοκρασία παράγεται παράγωγο διοξανίου. Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 4,4-διμεθυλο-1,3-διοξάνιο και 5,5-διμεθυλο-1,3-διοξάνιο:
 60 px  80 px

 Διυδροξυλίωση 

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

1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου. Παράγει μεθυλο-1,2-προπανοδιόλη:

2. Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Παράγει μεθυλο-1,2-προπανοδιόλη:

3. Μέθοδος Sharpless. Παράγει μεθυλο-1,2-προπανοδιόλη:

4. Μέθοδος Woodward. Παράγει μεθυλο-1,2-προπανοδιόλη:

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

 Οζονόλυση 

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

 Αλλυλική οξείδωση 

Με επίδραση διοξειδίου του σεληνίου σε μεθυλοπροπένιο παράγεται μεθυλο-2-προπεν-1-όλη:

 Η μέθοδος αυτή ονομάζεται αλλυλική οξείδωση.

 Αντίδραση Diels–Adler 

Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε μεθυλοπροπένιο (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Diels–Adler) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγου κυκλοεξενίου. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παίρνουμε 4,4-διμεθυλοκυκλοεξένιοΑσκήσεις 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 μεθυλοπροπένιο έχουμε την ονομαζόμενη αντίδραση Pauson-Khand που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοπεντόνης. Π.χ. με αιθίνιο παράγεται 4,4-διμεθυλοκυκλοπεντεν-2-όνη και 5,5-διμεθυλοκυκλοπεντεν-2-όνη:
 140 px  140 px

 Προσθήκη καρβενίων 

Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε μεθυλοκυκλοπροπένιο σχηματίζεται 1,1-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο. Ταυτόχρονα όμως γίνονται και αντιδράσεις παρεμβολής στους δεσμούς C-C και 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 = (CH3)2C=CH ή CH3C(CH2)=CH2::
 60 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 CH-H: 2.
3. Προσθήκη στον (ένα διπλό) δεσμό: 1.

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

 Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου 

Κατά την καταλυτική προσθήκη οξυγόνου σε μεθυλοκυκλοπροπένιο σχηματίζεται 2,2-διμεθυλοξιράνιο. Π.χ.:
 80 px

 Πολυμερισμός 

Διακρίνονται τα ακόλουθα είδη πολυμερισμού μεθυλοκυκλοπροπένιο που όλα παράγουν πολυϊσοβουτυλένιοΑσκήσεις 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 μεθυλοκυκλοπροπένιο σχηματίζεται 1,1,3,3-τετραμεθυλοκυκλοβουτάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.12.:
 100px|1,1,3,3-τετραμεθυλοκυκλοβουτάνιο

 Φωτοχημική προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών 

Με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε μεθυλοκυκλοπροπένιο απουσία νερού σχηματίζονται και φωτοχημικά παράγωγα οξετανίου (Αντίδραση Paterno–Büchi). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 3,3-διμεθυλοξετάνιο:
 100px|3 3-διμεθυλοξετάνιο

 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