1-πεντένιο

Το 1-πεντένιοΓια εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών. (αγγλικά: 1-pentene) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C5H10 και ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CH2CH=CH2. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκενίων.

Το χημικά καθαρό 1-πεντένιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι εξαιρετικά εύφλεκτο υγρό. Το 1-πεντένιο είναι α-αλκένιο. Συνήθως, παράγεται ως παραπροϊόν καταλυτικής ή θερμικής πυρόλυσης αργού πετρελαίου, συχνότερα κατά τη διάρκεια της παραγωγής αιθενίου και προπενίου, αλλά επίσης και μέσω θερμικής πυρόλυσης διαφόρων κλασμάτων υδρογονανθράκων, προερχόμενα από διεργασίες ανακύκλωσης πολυμερών. Σπάνια απομονώνεται ως μια ξεχωριστή ένωση. Συνήθως αναμιγνύεται με τη βενζίνη ή και με άλλους υδρογονάνθρακες και αλκυλιώνεται μαζί με μεθυλοπροπάνιο, και πάλι για την παραγωγή βενζίνης. Μόνο η εταιρία Sasol Ltd παράγει σε εμπορικές ποσότητες ξεχωριστό 1-πεντένιο, από το αργό πετρέλαιο μέσω της διεργασία Φίσχερ Τροψχ (Fischer-Tropsch process).

 Ονοματολογία 

Η ονομασία «1-πεντένιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «πεντ-» δηλώνει την παρουσία πέντε (5) 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 με χαρακτηριστικές καταλήξεις. Τέλος, προηγείται υποχρεωτικά ο αριθμός θέσης (1-), του διπλού δεσμού του, γιατί υπάρχει και άλλη δυνατή και μη ισοδύναμη θέση.

 Δομή 

Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο που αποτελείται από τρία (3) άτομα υδρογόνου και ένα προπύλιο (-CH2CH2CH3) ενωμένα με ένα ζεύγος ατόμων άνθρακα, που συνδέονται μεταξύ τους με ένα διπλό δεσμό. Όλα αυτά τα έξι (6) συνολικά άτομα [3 υδρογόνου + 3 άνθρακα  (τα 2 με το διπλό δεσμό + το πρώτο άτομο άνθρακα από το προπύλιο)] 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 1-πεντενίου 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 1-πεντενίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του 1-πεντενίου.

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.Δεσμοίτύπος δεσμούηλεκτρονική δομήΜήκος δεσμούΙονισμόςC#3-H
C#4-H

C#5-Hσ2sp3-1s109 pm3% C- H+C#1-H
C#2-Hσ2sp2-1s108,7 pm3% C- H+C#3-C#2σ2sp3-2sp2151 pmC#3-C#4σ2sp3-2sp3154 pmC#4-C#5σ2sp3-2sp3154 pmC=Cσ
π2sp2-2sp22p-2p133,9 pmΚατανομή φορτίωνσε ουδέτερο μόριο C#5-0,09C#1C#3

C#4 -0,06 C#2-0,03 H+0,03

 Παραγωγή 

 Με πυρόλυση αλκανίων 

Με πυρόλυση αλκανίων (βιομηχανική μέθοδος) παράγονται μείγματα που περιέχουν και 1-πεντένιο. Π.χ.:

 Με αφυδάτωση αλκανόλης 

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 1-πεντανόλης παράγεται 1-πεντένιο. 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 1-αλοπεντάνιο παράγεται 1-πεντένιο:Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.

 Με απόσπαση αλογόνου 

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

 Με μερική καταλυτική υδρογόνωση 

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση 1-πεντινίου παράγεται 1-πεντένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.158, §6.9.4.:

 Με καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων 

Με καταλυτική αφυδρογόνωση πεντανίου, παράγεται 1-πεντένιο και 2-πεντένιο:

 Όπου .

 Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιακών αλάτων 

Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιακών αλάτων [μέθοδος Χόφφμανν (Hoffmann)] παράγεται και 1-πεντένιο. Π.χ.

 Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε καρβονυλικές ενώσεις 

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίου σε μεθανάλη [μέθοδος Βίττινγκ (Wittig)] παράγεται 1-πεντένιο. 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 (H2SO4) και στη συνέχεια νερού (H2O, ενυδάτωση). Παράγεται 2-πεντανόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.3.:

2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O).  Παράγεται αρχικά τρι(1-πεντυλο)βοράνιο, και στη συνέχεια 1-πεντανόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.5.:

 Προσθήκη διβορανίου(6) (B2H6) έχει το ίδιο αποτέλεσμα.
3. Αντίδραση με οξικό υδράργυρο [(CH3CH2)2Hg] και έπειτα αναγωγή. Παράγεται 2-πεντανόλη:

4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Πρινς (Prins) με επίδραση αλδεϋδών ή κετονών σε 1-πεντένιο, απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει 2-εξεν-1-όλη:


 Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως 

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

 Η παραπάνω αντίδραση ισχύει όταν X: Cl, Br και I. Αν X = F, παράγεται 2-φθορο-1-πεντανόλη:


 Καταλυτική υδρογόνωση 

Με καταλυτική υδρογόνωση 1-πεντένιου σχηματίζεται πεντάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.6.:

 Αλογόνωση 

1. Με προσθήκη αλογόνου (X2) (αλογόνωση) σε 1-πεντένιο έχουμε προσθήκη στο διπλό δεσμό. Παράγεται 1,2-διαλοπεντάνιο. 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 3-αλο-1-πεντένιο: Π.χ.:

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

 Υδραλογόνωση 

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε 1-πεντένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.1.:1. Με τον πολικό μηχανισμό. Παράγεται 2-αλοπεντάνιο:

2. Με το μηχανισμό ελευθέρων ριζών. Παράγεται 1-αλοπεντάνιο:

 Καταλυτική αμμωνίωση 

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται 2-πενταναμίνη. 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 αλκυλοπεντυλαμίνη. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται N-μεθυλο-2-πενταναμίνη:

3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Παράγεται τριτοταγής διαλκυλοπεντυλαμίνη. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται N,N-διμεθυλο-2-πενταναμίνη:

 Καταλυτική φορμυλίωση 

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε 1-πεντένιο παράγεται 2-μεθυλοπεντανάλη ή εξανάλη. 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 παράγωγο.

 Προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών κατά Prins 

Με επίδραση περίσσειας αλδεϋδών ή κετονών σε προπένιο απουσία νερού, σε χαμηλή θερμοκρασία παράγεται παράγωγο διοξανίου. Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 4-προπυλο-1,3-διοξάνιο και 5-προπυλο-1,3-διοξάνιο: 
 60 px 100 px

 Διυδροξυλίωση 

Η διυδροξυλίωση 1-πεντενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη υπεροξείδιου του υδρογόνου (H2O2)Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9.: 1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4). Παράγει 1,2-πεντανοδιόλη:

2. Επίδραση καρβοξυλικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου (Η2Ο2). Παράγει 1,2-πεντανοδιόλη:

3. Μέθοδος Σάρπλες (Sharpless). Παράγει 1,2-πεντανοδιόλη:

4. Μέθοδος Γούντγαρντ (Woodward). Παράγει 1,2-πεντανοδιόλη

5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 1,3-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδεϋδών ή κετονών σε 1-πεντένιο, παρουσία νερού (H2O). Αντίδραση Πρινς (Prins). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 1,3-εξανοδιόλη:


 Οζονόλυση 

Με επίδραση όζοντος (Ο3, οζονόλυση) σε 1-πεντένιο, παράγεται ενδιάμεσα ασταθές οζονίδιο, που τελικά διασπάται σε μεθανάλη και βουτανάληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.10.:


 Αλλυλική οξείδωση 

Με επίδραση διοξειδίου του σεληνίου (SeO2) σε 1-πεντένιο παράγεται 1-πεντεν-3-όλη:

 Η μέθοδος αυτή ονομάζεται αλλυλική οξείδωση.

 Αντίδραση Diels–Adler 

Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε 1-πεντένιο (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Ντιλς-Άλντερ) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγου κυκλοεξενίου. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παίρνουμε 4-προπυλοκυκλοεξένιοΑσκήσεις 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 (CO) σε 1-πεντένιο έχουμε την ονομαζόμενη αντίδραση Παύσον-Χαντ (Pauson-Khand) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοπεντενόνης. Π.χ. με αιθίνιο παράγεται 4-προπυλο-2-κυκλοπεντενόνη και 5-προπυλο-2-κυκλοπεντενόνη:
 120 px  140 px

 Προσθήκη καρβενίων 

Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε 1-πεντένιο σχηματίζονται προπυλοκυκλοπροπάνιο και μερικά ισομερή εξένιαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.7., σελ. 155, §6.7.3, R = CH3CH2CH2CH=CH ή CH3CH2CH2C=CH2 ή CH3CH2CHCH=CH2 ή CH3CHCH2CH=CH2 ή CH2CH2CH2CH=CH2:
 60 px

 Πιο συγκεκριμένα, επειδή η αντίδραση αυτή είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε:
1. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#1H-H: Προκύπτει 2-εξένιο, ένα αλκένιο.
2. Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό C-H: Προκύπτει 2-μεθυλο-1-πεντένιο, ένα αλκένιο.
3. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#3H-H: Προκύπτει 3-μεθυλο-1-πεντένιο, ένα αλκένιο.
4. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#4H-H: Προκύπτει 4-μεθυλο-1-πεντένιο, ένα αλκένιο.
5. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH2-H: Προκύπτει 1-εξένιο, ένα αλκένιο.
6. Προσθήκη στον έναν (1) διπλό δεσμό: Προκύπτει προπυλοκυκλοπροπάνιο, ένα κυκλοαλκάνιο.

 Προκύπτει επομένως μείγμα από 1-εξένιο ~27%, 3-μεθυλο-1-πεντένιο ~18%, 4-μεθυλο-1-πεντένιο ~18%, 2-εξένιο ~18%, 2-μεθυλο-1-πεντένιο ~9% και προπυλοκυκλοπροπάνιο ~9%.
 Με τη χρήση διιωδομεθανίου (CH2I2) και ψευδαργύρου (Zn) επικρατεί η προσθήκη, οπότε (κυρίως) είναι:
 60 px

 Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου 

Κατά την καταλυτική προσθήκη οξυγόνου (O2) σε 1-πεντένιο σχηματίζεται προπυλοξιράνιο. Π.χ.:
 80 px

 Πολυμερισμός 

Διακρίνονται τα ακόλουθα είδη πολυμερισμού 1-πεντένιου, που όλα παράγουν α-πολυπεντυλένιοΑσκήσεις 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 1-πεντένιου σχηματίζεται (κυρίως) 1,3-διπροπυλοκυκλοβουτάνιο. Π.χ.Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.12.:
 200 px

 Φωτοχημική προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών 

Με επίδραση αλδεϋδών ή κετονών σε 1-πεντένιο απουσία νερού σχηματίζονται και φωτοχημικά παράγωγα οξετανίου (Αντίδραση Πατέρνο-Μπουχί, Paterno–Büchi). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 3-προπυλοξετάνιο:
 120 px

 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

 Αναφορές και σημειώσεις 

Κατηγορία:Πεντένια