1,2-βουταδιένιο

Το **1,2-βουταδιένιο**  (αγγλικά: *1,2-butadiene*) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο **[[C4H6|C<sub>4</sub>H<sub>6</sub>]]** και ημισυντακτικό τύπο **CH<sub>3</sub>CH=C=CH<sub>2</sub>**. 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.

## Παραγωγή

### Με απόσπαση αλογόνου
Με απόσπαση δύο (2) ισοδυνάμων αλογόνου (X2) από 1,2,2,3-τετραλοβουτάνιο παράγεται 1,2-βουταδιένιο:
\mathrm{ CH_3CHXCX_2CH_2X + 2Zn \xrightarrow{} CH_3CH=C=CH_2 + 2ZnX_2 }


## 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:

\mathrm{CH_3CH=C=CH_2 + \frac{7}{2}O_2 \xrightarrow{} 4CO_2 + 3H_2O + 2.381 \;kJ }


### Οζονόλυση

Με επίδραση όζοντος (O3, οζονόλυση) σε 1,2-βουταδιένιο, παράγεται ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε μεθανάλη, αιθανάλη και διοξείδιο του άνθρακα:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + \frac{4}{3}O_3 \xrightarrow[Zn]{H_2O} CH_3CHO + HCHO + CO_2 } 


### Διυδροξυλίωση

Η διυδροξυλίωση 1,2-βουταδιενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2):

1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4). Παράγει 1-υδροξυ-2-βουτανόνη:

\mathrm{
5CH_3CH=C=CH_2  + 4KMnO_4 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{} 5CH_3CH_2COCH_2OH + 4MnO + 2K_2SO_4 + 2H_2O } 

2. Επίδραση καρβοξυλικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Παράγει 

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + H_2O_2 \xrightarrow{RCOOH} CH_3CH_2COCH_2OH   } 
3. Μέθοδος Σάρπλες (*Sharpless*). Παράγει 1-υδροξυ-2-βουτανόνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + OsO_4 + 2H_2O + 2KOH \xrightarrow{} CH_3CH_2COCH_2OH + K_2[OsO_2(OH)_4] }


4. Μέθοδος Γούντγαρντ (*Woodward*). Παράγει 1-υδροξυ-2-βουτανόνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + 2RCOOAg + I_2  \xrightarrow{} CH_3CH_2COCH_2OH + 2AgI + 2RCOOH }

* 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:
\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + HCHO + H_2O \xrightarrow{H_2SO_4} CH_3CH_2COCH_2CH_2OH }

* 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 άνθρακα:

\mathrm{
5CH_3CH=C=CH_2 + 14KMnO_4 + 7H_2SO_4  \xrightarrow{} 5CH_3COOH + 10CO_2 + 14MnO_2 + 7K_2SO_4 + 12H_2O
} 

* Ενδιάμεσα παράγεται και μεθανικό οξύ:

\mathrm{
5CH_3CH=C=CH_2 + 12KMnO_4 + 6H_2SO_4 \xrightarrow{} 5CH_3COOH + 5HCOOH + 5CO_2 + 12MnO_2 + 6K_2SO_4 + 6H_2O
} 


### Ενυδάτωση

1. Επίδραση θειικού οξέος (H2SO4) και στη συνέχεια νερού (H2O, ενυδάτωση). Παράγεται βουτανόνη:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + H_2O \xrightarrow{\pi.H_2SO_4} CH_3CH_2COCH_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-όλη:

\mathrm{
3CH_3CH=C=CH_2 + BH_3 \xrightarrow{} (CH_3CH=CHCH_2)_3B \xrightarrow{+3H_2O_2} 3CH_3CH=CHCH_2OH + H_3BO_3
}

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

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + (CH_3COO)_2Hg + H_2O \xrightarrow[-CH_3COOH]{Et_2O} CH_3CH(HgOOCCH_3)COCH_3 \xrightarrow{+NaBH_4+NaOH} CH_3CH_2COCH_3+ Hg + CH_3COONa + Na[BH_3OH]
}

* 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:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + HCHO  \xrightarrow{H_2SO_4} CH_3CH=C=C(CH_3)CH_2OH }



### Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως

Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται 1-αλοβουτανόνη:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + HOX \xrightarrow{} CH_3CH_2COCH_2X
}

* 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:
\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + HOF \xrightarrow{} CH_3CH=CFCH_2OH
} 
### Καταλυτική υδρογόνωση

Με καταλυτική υδρογόνωση 1,2-βουταδιενίου σχηματίζεται αρχικά 2-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια υδρογόνου) βουτάνιο:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni\;\acute{\eta}\; Pd \;\acute{\eta}\; Pt} CH_3CH=CHCH_3 \xrightarrow[+ H_2]{Ni\;\acute{\eta}\; Pd \;\acute{\eta}\; Pt} CH_3CH_2CH_2CH_3
}


### 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.:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + X_2 \xrightarrow{CCl_4} CH_3CH=CXCH_2X \xrightarrow[+X_2]{CCl_4} CH_3CHXCX_2CH_2X
}


2. Υποκατάσταση σε  **[[Αλλυλομάδα|αλλυλική]]**  θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς τους διπλούς δεσμούς. Παράγεται 4-αλο-1,2-βουταδιένιο: Π.χ.:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + X_2 \xrightarrow{\triangle} XCH_2CH=C=CH_2 + HX
}

* 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-διαλοβουτάνιο:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + HX \xrightarrow{} CH_3CH=CXCH_3 \xrightarrow{+HX} CH_3CH_2CX_2CH_3
}


### Υδροκυάνωση

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

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2  + HCN \xrightarrow{} CH_3CH=C(CH_3)CN
}


### Καταλυτική αμμωνίωση

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται αρχικά 2-βουτεν-2-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε 2-βουτενιμίνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + NH_3 \xrightarrow{Ti \;\acute{\eta}\; Zr} CH_3CH=C(NH_2)CH_3 \xrightarrow{} CH_3CH_2C(CH_3)=NH
}

* 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:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + CH_3NH_2 \xrightarrow{Ti \;\acute{\eta}\; Zr} CH_3CH=C(NHCH_3)CH_3 \xrightarrow{} CH_3CH_2C(CH_3)=NCH_3
}
3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται N,N-διμεθυλο-2-βουτεν-2-αμίνη:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + CH_3NHCH_3 \xrightarrow{Ti \;\acute{\eta}\; Zr} CH_3CH=C[N(CH_3)_2]CH_3 }


### Καταλυτική φορμυλίωση

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε 1,2-βουταδιένιο παράγεται 2-μεθυλο-2-βουτενάλη ή 3-πεντενάλη. Π.χ.:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + CO + H_2 \xrightarrow[10 - 100 \; atm, 40^oC-100^oC]{Co \;\acute{\eta}\; Rh} xCH_3CH=C(CH_3)CHO + (1-x)CH_3CH=CHCH_2CHO 
}

* Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.
* Όπου \mathrm{x \in [0,1]}. 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: 

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + 2HCHO  \xrightarrow[\chi \alpha \mu \eta \lambda \acute{\eta} \; \theta \epsilon \rho \mu o \kappa \rho \alpha \sigma \acute{\iota} \alpha]{H_2SO_4} \frac{1}{2}} 93x93εσ \mathrm{+\frac{1}{2}} 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-αιθυλιδενοκυκλοεξένιο:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2  + CH_2=CHCH=CH_2 \xrightarrow{} } 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:

\mathrm{
CH_3CH=C=CH_2 + HC \equiv CH + CO \xrightarrow{Co_2(CO)_8} \frac{1}{2}} 60 px \mathrm{+  \frac{1}{2}} 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