1,2-βουταδιένιο

Το 1,2-βουταδιένιοΓια εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.  (αγγλικά: 1,2-butadiene) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C4H6 και ημισυντακτικό τύπο CH3CH=C=CH2. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκαδιενίων και στην κατηγορία των αλλενίων.

Το χημικά καθαρό 1,2-βουταδιένιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι εξαιρετικά εύφλεκτο αέριο.

 Δομή 

Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο που αποτελείται από τρία (3) άτομα υδρογόνου και ένα μεθύλιο (-CH3) ενωμένα με μια τριάδα ατόμων άνθρακα, που συνδέονται μεταξύ τους με δύο διαδοχικούς διπλούς δεσμούς. Το #1 και το #3 άτομα άνθρακα, που περιέχει,  βρίσκονται σε υβριδισμό sp², το #2 σε sp, ενώ τέλος το #4 σε sp³. Οι δεσμοί H-C#1-Η και H-C#1=C#2 σχηματίζουν γωνίες περί τις 120°. Τα επίπεδα των δεσμών H-C#1-Η και H-C#3-C#4 είναι κάθετα μεταξύ τους.

Η περιστροφή των δεσμών C=C=C απαιτεί (σχετικά) υψηλή ποσότητα ενέργειας, γιατί απαιτεί την (προσωρινή) διάσπαση ενός τουλάχιστον π-δεσμού.

Οι π-δεσμοί στο μόριο του 1,2-βουταδιενίου είναι υπεύθυνοι για τη χρήσιμη δραστικότητά του. Η περιοχή των διπλών δεσμών χαρακτηρίζεται από (σχετικά) υψηλή ηλεκτρονιακή πυκνότητα, ιδιαίτερα περί το #2 άτομο άνθρακα,που επομένως είναι ευάλωτη σε επιδράσεις ηλεκτρονιόφιλων. Πολλές αντιδράσεις του 1,2-βουταδιενίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του 1,2-βουταδιενίου.

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#4-Hσ2sp3-1s109 pm3% C- H+C#1-H
C#3-Hσ2sp2-1s108,7 pm3% C- H+C#3-C#2σ2sp3-2sp2151 pmC#3-C#4σ2sp3-2sp3154 pmC#1=C#2σ
π2sp2-2sp
2py-2py131,4 pmC#2=C#3σ
π2sp-2sp2
2pz-2pz131,4 pmΚατανομή φορτίωνσε ουδέτερο μόριοC#4 -0,09C#1 -0,06C#3 -0,03C#20,00H +0,03

 Παραγωγή 

 Με απόσπαση αλογόνου 
Με απόσπαση δύο (2) ισοδυνάμων αλογόνου (X2) από 1,2,2,3-τετραλοβουτάνιο παράγεται 1,2-βουταδιένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1β.:

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 

 Εμφανίζει όλες τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ακόρεστων υδρογονανθράκων..
 Επειδή έχει δύο (2) διπλούς δεσμούς, υπάρχει η δυνατότητα για δύο (2) αντιδράσεις προσθήκης. Η προσθήκη που γίνεται πρώτη είναι η 1,2-.

 Καύση 

 Με το οξυγόνο (O2) του αέρα καίγεται παρέχοντας φλόγα εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας:

 Οζονόλυση 

Με επίδραση όζοντος (O3, οζονόλυση) σε 1,2-βουταδιένιο, παράγεται ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε μεθανάλη, αιθανάλη και διοξείδιο του άνθρακαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.10.:


 Διυδροξυλίωση 

Η διυδροξυλίωση 1,2-βουταδιενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη υπεροξειδίου 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-υδροξυ-2-βουτανόνη:

2. Επίδραση καρβοξυλικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Παράγει 
 3. Μέθοδος Σάρπλες (Sharpless). Παράγει 1-υδροξυ-2-βουτανόνη:

4. Μέθοδος Γούντγαρντ (Woodward). Παράγει 1-υδροξυ-2-βουτανόνη:
 Ενδιάμεσα των μεθόδων 1-4 παράγεται 2-βουτεν-1,2-όλη [CH3CH=C(OH)CH2OH, ασταθής ενόλη] που ισομερειώνεται σε 1-υδροξυ-2-βουτανόνη:

5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 1,3-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 1,2-βουταδιένιο, παρουσία νερού (H2O). Αντίδραση Πρινς (Prins). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 1-υδροξυ-3-πεντανόνη:
 Ενδιάμεσα παράγεται 3-πεντεν-1,3-διόλη [CH3CH=C(OH)CH2CH2OH, ασταθής ενόλη], που ισομερειώνεται σε 1-υδροξυ-3-πεντανόνη.

 Επίδραση πυκνού υπερμαγγανικού καλίου 

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

 Ενδιάμεσα παράγεται και μεθανικό οξύ:


 Ενυδάτωση 

1. Επίδραση θειικού οξέος (H2SO4) και στη συνέχεια νερού (H2O, ενυδάτωση). Παράγεται βουτανόνηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.3.:

 Ενδιάμεσα παράγεται 2-βουεν-2-όλη [CH3CH=C(OH)CH3, ασταθής ενόλη] που ισομερειώνεται σε βουτανόνη.
2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2). Παράγεται τρι(2-βουτενυλο)βοράνιο και στη συνέχεια 2-βουτεν-1-όληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.5.:

 Προσθήκη διβορανίου (B2H4) έχει το ίδιο αποτέλεσμα.
3. Αντίδραση με οξικό υδράργυρο [(CH3COO)2Hg] και έπειτα αναγωγή. Παράγεται βουτανόνη:

 Ενδιάμεσα παράγεται 2-βουτεν-2-όλη (ασταθής ενόλη), που τελικά ισομερειώνεται σε βουτανόνη.
4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Πρινς (Prins)  με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε προπαδιένιο απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει 2-μεθυλο-2,3-πενταδιεν-1-όλη:

 Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως 

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

 Ενδιάμεσα παράγεται 1-αλο-2-βουτεν-2-όλη (ασταθής ενόλη), που τελικά ισομερειώνεται σε 1-αλοβουτανόνη
 Η παραπάνω αντίδραση ισχύει όταν X: Cl, Br και I. Αν X = F, παράγεται 2-φθορο-2-βουτεν-1-όλη: 
 Καταλυτική υδρογόνωση 

Με καταλυτική υδρογόνωση 1,2-βουταδιενίου σχηματίζεται αρχικά 2-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια υδρογόνου) βουτάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.6.:

 Αλογόνωση 

1. Με προσθήκη αλογόνου (X2, αλογόνωση) σε 1,2-βουταδιένιο έχουμε προσθήκη στους διπλούς δεσμούς. Παράγεται αρχικά 1,2-διαλο-2-βουτένιο και στη συνέχεια, με περίσσεια αλογόνου, 1,2,2,3-τετραλοβουτάνιο. 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 τους διπλούς δεσμούς. Παράγεται 4-αλο-1,2-βουταδιένιο: Π.χ.:

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

 Υδραλογόνωση 

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX, υδραλογόνωση) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται αρχικά 2-αλο-2-βουτένιο και στη συνέχεια, με περίσσεια υδραλογόνου, 2,2-διαλοβουτάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.1.:

 Υδροκυάνωση 

Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN, υδροκυάνωση) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται 2-μεθυλοπροπεν-2-νιτρίλιο:

 Καταλυτική αμμωνίωση 

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται αρχικά 2-βουτεν-2-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε 2-βουτενιμίνη:
 Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.
2. Προσθήκη πρωτοταγούς αμίνης. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται Ν-μεθυλο-2-βουτεν-2-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε Ν-μεθυλο-2-βουτεν-2-ιμίνη:3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται N,N-διμεθυλο-2-βουτεν-2-αμίνη:

 Καταλυτική φορμυλίωση 

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται 2-μεθυλο-2-βουτενάλη ή 3-πεντενάλη. 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-αιθυλιδενο-1,3-διοξάνιο και 5-αιθυλιδενο-1,3-διοξάνιο: 
 93x93εσ  93x93εσ|82x82εσ

 Αντίδραση Diels–Adler 

Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε 1,2-βουταδιένιο (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Ντιλς-Άλντερ)  που οδηγεί σε παραγωγή παραγώγου κυκλοεξενίου. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παίρνουμε 4-αιθυλιδενοκυκλοεξένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 160, §6.10.2.:
 115x115εσ

 Αντίδραση Pauson-Khand 

Κατά την επίδραση αλκίνια και μονοξειδίου του άνθρακα (CO) σε 1,2--βουταδιένιο έχουμε την ονομαζόμενη αντίδραση Παύσον-Χαντ (Pauson-Khand) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοπεντενόνης. Π.χ. με αιθίνιο παράγεται μείγμα από 4-αιθυλιδενο-2-κυκλοπεντενόνη και 5-αιθυλιδενο-2-κυκλοπεντενόνη:
 60 px  80 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

 Παραπομπές 

Κατηγορία:Αλλένια
Κατηγορία:C4