Οκτάνιο

Το οκτάνιοΧρησιμοποιούνται συχνά τα προθέματα n- ή κ- για να επισημάνουν ότι αναφερόμαστε στο γραμμικό ισομερές. είναι ένα αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας, με χημικό τύπο C8H18 και σύντομο συντακτικό τύπο CH3(CH2)6CH3. Το οκτάνιο έχει τα ακόλουθα δεκαεπτά (17) ισομερή θέσης:
 2-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3(CH2)4CH(CH3)2.
 3-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3(CH2)3CH(CH3)CH2CH3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 4-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο [CH3(CH2)2]2CHCH3.
 Αιθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3CH2)2CHCH2CH2CH3.
 2,2-διμεθυλεξάνιο ή νεοοκτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)3C(CH2)3CH3.
 2,3-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CΗCH(CH3)CH2CH2CH3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2,4-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CΗCH2CH(CH3)CH2CH3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2,5-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CΗCH2CH2CΗ(CH3)2
 3,3-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2C(CH3)2CH2CH2CH3.
 3,4-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)CH2CH3 (σε τρία (3) οπτικά ισομερή).
 Αιθυλο-2-μεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3CH2)2CHCH(CH3)2.
 Αιθυλο-3-μεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3CH2)2C(CH3)2.
 2,2,3-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2CH(CH3)C(CH3)3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2,2,4-τριμεθυλοπεντάνιο ή ισοκτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CHCH2C(CH3)3 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2,3,3-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH2C(CH3)2CH(CH3)2.
 2,3,4-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CHCH(CH3)CH(CH3)2 (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 Τετραμεθυλοβουτάνιο (CH3)3CC(CH3)3.

Από αυτά είναι γνωστότερο το 2,2,4-τριμεθυλοπεντάνιο ή ισοκτάνιο θεωρείται η σταθερά 100 στο βαθμό οκτανίου ως καύσιμο για κινητήρες εσωτερικής καύσης.

Όλα τα οκτάνια (δηλαδή το οκτάνιο και τα ισομερή του) είναι συστατικά της βενζίνης και φυσικά εξαιρετικά εύφλεκτα.

 Ονοματολογία 

Η ονομασία «οκτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «οκτ-» δηλώνει την παρουσία οκτώ (8) 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 οκτώ (8) άτομα άνθρακα (δύο (2) πρωτοταγήΆτομο C ενωμένο με ένα (1) άλλο άτομο C. και έξι (6) δευτεροταγήΆτομο C ενωμένο με δύο (2) άλλα άτομα C.) και δεκαοκτώ (18) 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,#8-0,09 C#2-#7-0,06 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. Το οκτάνιο είναι συμμετρικό αλκάνιο, δηλαδή αποτελείται από δυο συμμετρικά τμήματα βουτυλίου (CH3CH2CH2CH2-). Αυτό επιτρέπει τη παραγωγή του με τη μέθοδο Wüutz, από βουτυλαλογονίδιο (CH3CH2CH2CH2X) και NaΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2α, R = CH3CH2CH2CH2:  

 όπου Χ: Cl, Br, I. 
 To K επίσης δίνει την αντίστοιχη αντίδραση.
 Η απόδοση είναι αρκετά καλή: ~60%.

2. Είναι επίσης εύκολη η σύνθεση με αντίδραση βουτυλαλογονίδιου - βουτυλολίθιου:

3. Για τον ίδιο λόγο παράγεται και με ηλεκτρόλυση διαλύματος πεντανικού νάτριου(CH3CH2CH2CH2COONa)Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982,  σελ. 152, §6.2.3b, R = CH3CH2CH2CH2.:

4. Ακόμη, το οκτάνιο μπορεί να ληφθεί με επίδραση νατρίου σε πεντανονιτρίλιο  (CH3CH2CH2CH2CN)Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2α, R =  CH3CH2CH2CH2, X = CN: 

 Χημικές ιδιότητες 

 Οξείδωση 

1. Όπως όλα τα αλκάνια, το εκτάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερόΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.1,  v = 8 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 oκτανόνη-2, oκτανόνη-3 και oκτανόνη-4:

 Είναι τα κύρια προϊόντα της καταλυστικής οξείδωσης του οκτανίου, αλλά παράγεται και μια μικρή ποσότητα οκτανάλης.

 ΑλογόνωσηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.1β. 

 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 οκτυλαλογονιδίων τους εξαρτάται κυρίως πό τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H. Ειδικά γοα το χλώριο θα έχουμε: 
 1-χλωροκτάνιο: 6·1 = 6.
 2-χλωροκτάνιο: 4·3,8 = 15,2.
 3-χλωροκτάνιο: 4·3,8 = 15,2.
 4-χλωροκτάνιο: 4·3,8 = 15,2.
 Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 11,6% 1-χλωροκτάνιο, 29,5% 2-χλωροκτάνιο, 29,5% 3-χλωροκτάνιο και 29,5% 4-χλωροκτάνιο.
 Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των εξυλαλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος των δευτεροταγών (αυτών που το αλογόνο συνδέεται με δευτεροταγές άτομο C, δηλαδή ατόμου C ενωμένου με 2 άλλα άτομα C) εξυλοαλογονίδιων. Ειδικα για το βρώμιο θα έχουμε:
 1-βρωμοκτάνιο: 6·1 = 6.
 2-βρωμοκτάνιο: 4·82 = 328.
 3-βρωμοκτάνιο: 4·82 = 328.
 4-βρωμοκτάνιο: 4·82 = 328.
 Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 0,6% 1-βρωμοκτάνιο, 33,1% 2-βρωμοκτάνιο,  33,1% 3-βρωμοκτάνιο και 33,1% 4-βρωμοκτάνιο.
 Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή μονοαλογονοπαραγώγων.
 Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες CH3(CH2)6CH3 και Χ2 θα παραχθεί μίγμα όλων των X-παραγώγων του CH3(CH2)6CH3.
 Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια CH3(CH2)6CH3, τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης CH3(CH2)6CH3 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:

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

 Παρεμβολή στους έξι(6) δεσμούς C#1,#8H2-H: 6
 Παρεμβολή στους τέσσερεις (4) δεσμούς C#2,#7H-H: 4
 Παρεμβολή στους τέσσερεις (4) δεσμούς C#3,#6H-H: 4
 Παρεμβολή στους τέσσερεις (4) δεσμούς C#4,#5H-H: 4

Προκύπτει επομένως μίγμα εννεάνιου ~33%, 2-μεθυλοκτανίου ~22%, 3-μεθυλοκτανίου ~22% και 3-μεθυλοκτάνιου ~22%.

 Νίτρωση 

 Αντιδρά με ατμούς HNO3 σε αέρια φάσηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244 , §10.3.2:

όπου 0<a,b,c,d<1,  a + b + c + d = 1.

 Καταλυτική ισομερείωση 

To οκτάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς τα ισομερή του.

 Αναφορές και σημειώσεις 

 Πηγές 

 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:Οκτάνια