Ισοβουτυρικό οξύ

Το ισοβουτυρικό οξύ (αγγλικά isobutyric acid) είναι οργανική χημική ένωση, με μοριακό τύπο C4H8O2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται ως (CH3)2CHCO2H. Πιο συγκεκριμένα, το ισοβουτυρικό οξύ είναι το απλούστερο διακλαδισμένο καρβοξυλικό οξύ. Σε ελεύθερη κατάσταση, έχει βρεθεί στα χαρούπια (Ceratonia siliqua), στη βανίλια και στη ρίζα του Arnica dulcis. Στη μορφή του αιθυλεστέρα του, δηλαδή ο ισοβουτυρικός αιθυλεστέρας, έχει βρεθεί στο κροτονέλαιο. Το ισοβουτυρικό οξύ είναι ισομερές θέσης με το βουτυρικό οξύ.

 Δομή 

ΔεσμοίΤα δεδομένα προέρχονταιεν 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#2-#3,#1'-Hσ2sp3-1s109 pm3% C- H+C#2-C#3σ2sp3-2sp3154 pmC#2-C#1'σ2sp3-2sp3154 pmC#2-C1σ2sp3-2sp2151 pmC=Oσ2sp2-2sp2132 pm19% C+ O-π2p-2pC-Oσ2sp2-2sp3147 pm19% C+ O-O-Hσ2sp3-1s96 pm32% O- H+ΓωνίεςHCH109°28'HCC109°28'CCO120°COO120°OCO120°COH104,45°Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίοΥπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα Ο (OH)-0,51Ο (=O)-0.38C#3,#1'-0,09C#2-0,03Η (HC)+0,03Η (OH)+0,32C#1+0,57

 Ισομερείς ενώσεις 

Το ισοβουτυρικό οξύ έχει πολλά ισομερή θέσης (όχι όλα σταθερά), με σπουδαιότερα τα ακόλουθα:

 Βουτυρικό οξύ, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CH2COOH.
 Προπιονικός μεθυλεστέρας, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2COOCH3.
 Οξικός αιθυλεστέρας, με ημισυντακτικό τύπο CH3COOCH2CH3.
 Μυρμηκικός προπυλεστέρας, με ημισυντακτικό τύπο HCOOCH2CH2CH3.
 Μυρμηκικός ισοπροπυλεστέρας, με ημισυντακτικό τύπο HCOOCH(CH3)2.
 α-υδροξυβουτανάλη, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CH(OH)CHO.
 β-υδροξυβουτανάλη, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH(OH)CH2CHO.
 γ-υδροξυβουτανάλη, με ημισυντακτικό τύπο HOCH2CH2CH2CHO.
 Μεθυλο-2-υδροξυπροπανάλη, με ημισυντακτικό τύπο (CH3)2C(OH)CHO.
 Μεθυλο-3-υδροξυπροπανάλη, με ημισυντακτικό τύπο HOCH2CH(CH3)CHO.
 2-μεθοξυπροπανικό οξύ, με ημισυντακτικό τύπο CH3ΟCH(CH3)CHO.
 3-μεθοξυπροπανικό οξύ, με ημισυντακτικό τύπο CH3ΟCH2CH2CHO.
 Αιθοξυαιθανικό οξύ, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2ΟCH2CHO.
 1-υδροξυβουτανόνη, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CΟCH2OH.
 3-υδροξυβουτανόνη, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH(OH)CΟCH3.
 4-υδροξυβουτανόνη, με ημισυντακτικό τύπο HOCH2CH2CΟCH3.
 Μεθοξυπροπανόνη, με ημισυντακτικό τύπο CH3ΟCH2CΟCH3.

 Παραγωγή 

 Βιομηχανική παραγωγή 
Το μεθυλοβουτανικό οξύ παράγεται με οξείδωση ισοβουτυράλης, που με τη σειρά της είναι παραπροϊόν της υδροφορμυλίωσης του προπυλενίου. Μπορεί επίσης να παραχθεί απευθείας από το προπυλένιο με υδροκαρβοξυλίωση (αντίδραση Κοχ, Koch reaction) υπό υψηλή πίεση:

 Εναλλακτικές μέθοδοι 

 Με καρβοξυλίωση ισοπροπυλαλογονιδίων 

Με καρβοξυλίωση με διοξείδιο του άνθρακα (CO2) ισοπροπυλαλογονιδίων [CH3CH(X)CH3], μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων (αντιδραστήρια Grignard) παράγεται ισοβουτυρικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.1.:

 Με υδρόλυση ισοβουτυρονιτριλίου 

Με υδρόλυση ισοβουτυρονιτριλίου [CH3CH(CN)CH3] σε όξινο περιβάλλον παράγεται ισοβουτυρικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.2.:

 Με οξείδωση 2,5-διμεθυλο-3-εξένιου, μεθυλο-1-προπανόλης ή ισοβουτυράλης 

1. Με οξείδωση 2,5-διμεθυλο-3-εξένιου [(CH3)2CH=CH(CH3)2] παράγεται ισοβουτυρανικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3α.:

2. Με οξείδωση ισοβουτυρόλης [(CH3)2CHCH2OH] παράγεται ισοβουτυρικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3β.:

3. Με οξείδωση μεθυλοπροπάλης [(CH3)2CHCHO] παράγεται ισοβουτυρικό οξύ:

 Από διμεθυλομηλονικό οξύ 

Από διμεθυλομηλονικό οξύ [HOOCC(CH3)2COOH] παράγεται ισοβουτυρικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.4.:

 Το διμεθυλομηλονικό οξύ παράγεται από το μηλονικό οξύ ως εξής:

 Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 

 ΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα 

Το ισοβουτυρικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ (pKa = 4,84), ασθενέστερο από τα περισσότερα ανόργανα οξέα. Τα επτά (7) υδρογόνα του ισοπροπυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρόλα αυτά το ισοβουτυρικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα:

(Αντίδραση διάστασης)

(Επίδραση μετάλλων ηλεκτροθετικότερων του υδρογόνου)

(Αντίδραση εξουδετέρωσης)

 Αποκαρβοξυλίωση 

1. Με θέρμανση ισοβουτυρικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα και προπάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3α.::

2. Με ηλεκτρόλυση ισοβουτυρικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και 2,3-διμεθυλοβουτάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3β.:

3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 2,4-διμεθυλο-3-πεντανόνηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3γ.:

4. Με επίδραση βρωμίου σε ισοβουτυρικό άργυρο παράγεται ισοπροπυλοβρωμίδιο - Αντίδραση HunsdieckerΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3δ.:

 Αναγωγή 

Τo ισοβουτυρικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH4) προς ισοβουτυρόλη-1Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.4.:

 Οξείδωση 

1. Τo ισοβουτυρικό οξύ οξειδώνεται σε ισοβουτυρικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), σε όξινο περιβάλλονΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.5α.:
2. Όταν συνθερμαίνεται με χρωμικό οξύ, οξειδώνεται σε ακετόνη:3. Αλκαλικό διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου οξειδώνει το ισοβουτυρικό οξύ σε α-υδροξυϊσοβουτυρικό οξύ [(CH3)2C(OH)CO2H]:

 Εστεροποίηση 

 Με επίδραση αλκοολών παράγονται ισοβουτυρικοί εστέρεςΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8α.::

 Αλογόνωση 

1. Με επίδραση αλογόνων, πσρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται 2-αλοισοβουτυρικό οξύ:

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται ισοβουτυρυλαλογονίδιαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8β.::
α. Με SOCl2:

β. Με PCl5:

γ. Με PX3:

 Για το βουτανυλοφθορίδιο προτιμάται η υποκατάσταση σε βουτανυλοχλωρίδιο:

 Επίδραση καρβενίων 

Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μίγμα προϊόντων. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση:

 Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:
 Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς C#3-Η και C#1'-H. Παράγεται 2-μεθυλοβουτανικό οξύ, ένα καρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C#2-H. Παράγεται διμεθυλοπροπανικό οξύ, ένα καρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται ισοβουτυρικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του ισοβουτυρικού οξέος.
 Προσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 1-ισοπροπυλο-1-υδροξυοξιράνιο, μια ετεροκυκλική αλκοόλη.
 Συνολικά δηλαδή εννέα (9) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα κάνει σχεδόν απόλυτα κινητικές (δηλαδή όχι εκλεκτικές) τις αντιδράσεις του.

 Πηγές 
 Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
 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
 Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
 Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
 Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.

 Αναφορές και σημειώσεις 

Κατηγορία:Αλκανικά οξέα
Κατηγορία:C4