3-φθοροπροπανικό οξύ

Το 3-φθορoπροπανικό οξύ ή 3-φθοροπροπιονικό οξύ (αγγλικά 3-fluoropropanoic acid ή 3-fluoropropionic acid) είναι οργανική χημική ένωση με μοριακό τύπο C3H5FO2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται ως CH2FCH2COOH. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για το απλούστερο β-φθοροκαρβοξυλικό οξύ.

 Ονοματολογία 
Κατά τη συστηματική ονοματολογία κατά IUPAC, η ένωση θεωρείται υποκατεστημένο προπανικό οξύ, δηλαδή προπανικό οξύ, ένα (1) άτομο υδρογόνου του αιθυλίου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από ένα άτομο φθορίου. Πιο αναλυτικά, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ικό οξύ» φανερώνει ότι η ένωση είναι ένα καρβοξυλικό οξύ, δηλαδή ότι κύρια χαρακτηριστική ομάδα της ένωσης είναι ένα καρβοξύλιο (-COOH). Το αρχικό πρόθεμα «φθορ(ο)-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Η χρήση του αριθμού θέσης (3-) είναι απαραίτητη σε αυτήν την ένωση, γιατί υπάρχει και το ισομερές 2-φθοροπροπανικό οξύ.

 Ενίοτε χρησιμοποιείται το β- αντί του 3-.

 Μοριακή δομή 
Η μοριακή δομή του μπορεί να βρεθεί από την αντίστοιχη του προπανικού οξέος με αντικατάσταση ενός ατόμου υδρογόνου, από το α- άτομο άνθρακα του αιθυλίου του από άτομο φθορίου. Η ενέργεια δεσμού C-F ανέρχεται σε 552 kJ/mol. Ο δεσμός αυτός είναι πολύ σταθερός και έχει μεγάλη πολικότητα, αγγίζοντας τα όρια ετεροπολικού δεσμού.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-Fσ2sp³-2sp³135 pm43% C+ F-C#2-H
C#3-Hσ2sp³-1s109 pm3% C- H+C#2-C#1σ2sp³-2sp²151 pmC#3-C#2σ2sp³-2sp³154 pmC=Oσ
π2sp²-2sp²
2p-2p132 pm19% C+ O-C-Oσ2sp²-2sp³147 pm19% C+ O-O-Hσ2sp³-1s96 pm32% O- H+Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίοΥπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακαO (OH) -0,51F -0,43O (=O) -0,38C#2 -0,06H (HC) +0,03H (OH) +0,32C#3 +0,37C#1 +0,57

 Παραγωγή 

 Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο 
Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 3-υδροξυπροπανικό οξύ [HOCH2CH2COOH] μπορεί να υποκατασταθεί το ενδιάμεσα παραγώμενο υδροξώνιο (H3O+) από φθόριοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.1, R = CH2COOH, X = F.:

 Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο 
Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε 3-χλωροπροπανικό οξύ [CH2ClCH2COOH] μπορεί να υποκατασταθεί το χλώριο από φθόριο, γιατί ο σχηματισμός δυσδυάλυτου χλωριούχου υφυδραργύρου μετακινεί τη χημική ισορροπία της αντίδρασης προς τα δεξιάΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.:Παρόμοια υποκατάσταση συμβαίνει και με χρήση φθοριούχου αργύρου (AgF):Acetic Acid and Its Derivatives (Chemical Industries) von V. Agreda, J. Zoeller, und Agreda H. Agreda von Marcel Dekker Inc (Gebundene Ausgabe - 16. Dezember 1992), ISBN 0-8247-8792-7.

 Αντί του 3-χλωροπροπανικού οξέος χρησιμοποιούνται επίσης ως πρόδρομες ύλες και εστέρες του, όπως για παράδειγμα o 3-χλωροπροπανικός μεθυλεστέρας (CH2ClCH2COOCH3). Σε αυτήν την περίπτωση σχηματίζεται αρχικά ο 3-φθορπροπανικός μεθυλεστέρας (CH2FCH2COOCH3), που μπορεί στη συνέχεια να υδρολυθεί σε 3-φθοροπροπανικό οξύ.

 Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 
Το 3-φθοροπροπανικό οξυ συνδυάζει τις ιδιότητες καρβοξυλικού οξέος και φθοροπαραγώγου.

 ΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα 
Το 3-φθοροπροπανικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ. Τα τέσσερα (4) άτομα υδρογόνου του φθοραιθυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρ' όλα αυτά το 3-φθοροπροπανικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα 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 3-φθοροπροπανικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και φθοραιθάνιο (CH3CH2F) :2. Με ηλεκτρόλυση 3-φθοροπροπανικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και 1,4-διφθορoβουτάνιο (FCH2CH2CH2CH2F):3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 1,5-διφθοροπεντανόνη (FCH2CH2COCH2CH2F):4. Με επίδραση βρωμίου σε 3-φθοροπροπανικό άργυρο παράγεται 1-βρωμο-2-φθοραιθάνιο - Αντίδραση Hunsdiecker:

 Αναγωγή 
1. Τo 3-φθοροπροπανικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) (κυρίως) προς 1-προπανόλη:2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται προπανικό οξύ:3. Με σιλάνιο (SiH4), παρουσία τριφθοριούχου βορίου (BF3) παράγεται προπανικό οξύ:4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο (RSnH3). Παράγεται προπανικό οξύ. Π.χ.:

 Οξείδωση 
Τo 3-φθοροπροπανικό οξύ οξειδώνεται σε 3-φθοροπροπανικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), σε όξινο περιβάλλον:

 Εστεροποίηση 

 Με επίδραση αλκοολών παράγονται 2-φθοροπροπανικοί εστέρες:

 Αλογόνωση 
1. Με επίδραση αλογόνων, παρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται 2-αλο-2-φθοροπροπανικό οξύ:

 Η επίδραση φθορίου (F2) αποφεύγεται για λόγους ασφαλείας.

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται 3-φθοροπραποϋλαλογονίδια::

 α. Με SOCl2:

 β. Με PCl5:

 γ. Με PX3, όπου X: Cl, Br, I.

 Υποκατάσταση από χλώριο 
Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2) σε 3-φθοροπροπανικό οξύ παράγεται 3-χλωροπροπανικό οξύ:

 Υποκατάσταση από φαινύλιο 
Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζόλιο παράγεται 3-φαινυλοπροπανικό οξύ:

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

3-φθοραιθυλοξιρανόλη

 Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:

 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#3-H. Παράγεται 3-φθοροβουτανικό οξύ, ένα αλοκαρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#2-H. Παράγεται μεθυλο-3-φθοροπροπανικό οξύ, ένα αλοκαρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται 3-φθοροπροπανικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του 3-φθοροπροπανικού οξέος.
 Κυκλοπροσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 3-φθοραιθυλοξιρανόλη, μια ετεροκυκλική αλκοόλη.

 Συνολικά δηλαδή τρία (3) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα δίνει 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.

 Aναφορές και σημειώσεις 

Κατηγορία:Καρβονικά οξέα
Κατηγορία:Οργανικές ενώσεις φθορίου
Κατηγορία:C3