2,3-πενταδιένιο

Το **2,3-πενταδιένιο**  (αγγλικά: *2,3-pentadiene*) είναι οργανική χημική ένωση, σε δύο (2) οπτικά ισομερή, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο **[[C5H8|C<sub>5</sub>H<sub>8</sub>]]** και ημισυντακτικό τύπο **CH<sub>3</sub>CH=C=CHCH<sub>3</sub>**. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκαδιενίων και στην κατηγορία των αλλενίων.

Το χημικά καθαρό 2,3-πενταδιένιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι  άχρωμο και εξαιρετικά εύφλεκτο πτητικό υγρό.

## Δομή
Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο, που αποτελείται από δύο (2) άτομα υδρογόνου και δύο (2) μεθύλια (-CH3) ενωμένα με μια τριάδα ατόμων άνθρακα, που συνδέονται μεταξύ τους με δύο διαδοχικούς διπλούς δεσμούς. Το #2 και το #4 άτομα άνθρακα, που περιέχει,  βρίσκονται σε υβριδισμό sp², το #3 σε sp, ενώ τέλος τα #1 και #5 σε sp³. Τα άτομα C#2-C#4 είναι συγγραμμικά.

Οι δεσμοί, εκτός της συγγραμμικής ομάδας και των μεθυλομάδων, σχηματίζουν γωνίες περί τις 120°. Τα επίπεδα των δεσμών H-C#2-C#1 και H-C#4-C#5 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 2,3-πενταδιενίου είναι υπεύθυνοι για τη χρήσιμη δραστικότητά του. Η περιοχή των διπλών δεσμών χαρακτηρίζεται από (σχετικά) υψηλή ηλεκτρονιακή πυκνότητα, ιδιαίτερα περί το #3 άτομο άνθρακα,που επομένως είναι ευάλωτη σε επιδράσεις ηλεκτρονιόφιλων. Πολλές αντιδράσεις του 2,3-πενταδιενίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του 2,3-πενταδιενίου.

## Παραγωγή

### Με απόσπαση αλογόνου
Με απόσπαση δύο (2) ισοδυνάμων αλογόνου (X2) από 2,3,3,4-τετραλοπεντάνιο παράγεται 1,2-πενταδιένιο:
\mathrm{CH_3CHXCX_2CHXCH_3 + 2Zn \xrightarrow{} CH_3CH=C=CHCH_3 + 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 2,3-.

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

\mathrm{CH_3CH=C=CHCH_3 + 7O_2 \xrightarrow{} 5CO_2 + 4H_2O + 3.038 \;kJ }


### Οζονόλυση
Με επίδραση όζοντος (O3, οζονόλυση) σε 2,3-πενταδιένιο, παράγεται ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε αιθανάλη και διοξείδιο του άνθρακα:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + \frac{4}{3}O_3 \xrightarrow[Zn]{H_2O} 2CH_3CHO + CO_2 }


### Διυδροξυλίωση
* Η διυδροξυλίωση 2,3-πενταδιενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2):
1. Η επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) παράγει 2-υδροξυ-3-πεντανόνη:
\mathrm{
5CH_3CH=C=CHCH_3  + 4KMnO_4 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{} 5CH_3CH_2COCH(OH)CH_3 + 4MnO + 2K_2SO_4 + 2H_2O }
2. Η επίδραση καρβοξυλικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου (Η2Ο2) παράγει 2-υδροξυ-3-πεντανόνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + H_2O_2 \xrightarrow{RCOOH} CH_3CH_2COCH(OH)CH_3   }
3. Η μέθοδος Σάρπλες (*Sharpless*) παράγει 2-υδροξυ-3-πεντανόνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + OsO_4 + 2H_2O + 2KOH \xrightarrow{} CH_3CH_2COCH(OH)CH_3 + K_2[OsO_2(OH)_4] }
4. Η μέθοδος Γούντγαρντ (*Woodward*) παράγει 2-υδροξυ-3-πεντανόνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + 2RCOOAg + I_2  \xrightarrow{} CH_3CH_2COCH(OH)CH_3 + 2AgI + 2RCOOH }

* Ενδιάμεσα των μεθόδων 1-4 παράγεται 3-πεντεν-2,3-όλη [CH3CH=C(OH)CH(OH)CH3, ασταθής ενόλη] που ισομερειώνεται σε 2-υδροξυ-3-πεντανόνη:
5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 2,4-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2,3-πενταδιένιο, παρουσία νερού (H2O). Αντίδραση Πρινς (*Prins*). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 2-μεθυλο-1-υδροξυ-3-πεντανόνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + HCHO + H_2O \xrightarrow{H_2SO_4} CH_3CH_2COCH(CH_3)CH_2OH }

* Ενδιάμεσα παράγεται 2-μεθυλο-3-πεντεν-1,3-διόλη [CH3CH=C(OH)(CH_3)CH2OH, ασταθής ενόλη], που ισομερειώνεται σε 2-μεθυλο-1-υδροξυ-3-πεντανόνη.

### Επίδραση πυκνού υπερμαγγανικού καλίου
Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) παράγεται τελικά αιθανικό οξύ και διοξείδιο του άνθρακα:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + 4KMnO_4 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{} 2CH_3COOH + CO_2 + 4MnO_2 + 2K_2SO_4 + 2H_2O
}


### Ενυδάτωση
1. Επίδραση θειικού οξέος (H2SO4) και στη συνέχεια νερού (H2O, ενυδάτωση). Παράγεται 3-πεντανόνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + H_2O \xrightarrow{\pi.H_2SO_4} CH_3CH_2COCH_2CH_3
}
Ενδιάμεσα παράγεται 2-πεντεν-3-όλη [CH3CH=C(OH)CH2CH3, ασταθής ενόλη] που ισομερειώνεται σε 3-πεντανόνη.

2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2). Παράγεται τρι(1-μεθυλο-2-βουτενυλο)βοράνιο και στη συνέχεια 3-πεντεν-2-όλη:
\mathrm{
3CH_3CH=C=CHCH_3 + BH_3 \xrightarrow{} [CH_3CH=CHCH(CH_3)]_3B \xrightarrow{+3H_2O_2} 3CH_3CH=CHCH(OH)CH_3 + H_3BO_3
}

* Προσθήκη διβορανίου (B2H4) έχει το ίδιο αποτέλεσμα.
3. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Πρινς (*Prins*)  με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2,3-πενταδιένιο απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει 2-μεθυλο-2,3-πενταδιεν-1-όλη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + HCHO  \xrightarrow{H_2SO_4} CH_3CH=C=C(CH_3)CH_2OH}


### Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως
Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε 2,3-πενταδιένιο παράγεται 2-αλο-3-πεντανόνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + HOX \xrightarrow{} CH_3CH_2COCHXCH_3
}

* Ενδιάμεσα παράγεται 1-αλο-2-πεντεν-2-όλη (ασταθής ενόλη), που τελικά ισομερειώνεται σε 1-αλοπεντανόνη.
* Η παραπάνω αντίδραση ισχύει όταν X: Cl, Br και I. Αν X = F, παράγεται 3-φθορο-3-πεντεν-2-όλη:

\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + HOF \xrightarrow{} CH_3CH=CFCH(OH)CH_3
}


### Αλογόνωση
1. Με προσθήκη αλογόνου (X2, αλογόνωση) σε 2,3-πενταδιένιο έχουμε προσθήκη στους διπλούς δεσμούς. Παράγεται αρχικά 2,3-διαλο-3-πεντένιο και στη συνέχεια, με περίσσεια αλογόνου, 2,3,3,4-τετραλοπεντάνιο. Π.χ.:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + X_2 \xrightarrow{CCl_4} CH_3CH=CXCHXCH_3 \xrightarrow[+X_2]{CCl_4} CH_3CHXCX_2CHXCH_3
}
2. Υποκατάσταση σε αλλυλική θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς τους διπλούς δεσμούς. Παράγεται 1-αλο-2,3-πενταδιένιο: Π.χ.:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + X_2 \xrightarrow{\triangle} CH_3CH=C=CHCH_2X + HX
}

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

### Υδραλογόνωση
Με προσθήκη υδραλογόνων (HX, υδραλογόνωση) σε 2,3-πενταδιένιο παράγεται αρχικά 3-αλο-3-πεντένιο και στη συνέχεια, με περίσσεια υδραλογόνου, 3,3-διαλοπεντάνιο:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + HX \xrightarrow{} CH_3CH=CXCH_2CH_3 \xrightarrow{+HX} CH_3CH_2CX_2CH_2CH_3
}


### Υδροκυάνωση
Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN, υδροκυάνωση) σε 2,3-πενταδιένιο παράγεται 2-αιθυλο-2-βουτενoνιτρίλιο:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3  + HCN \xrightarrow{} CH_3CH=C(CH_2CH_3)CN
}


### Καταλυτική αμμωνίωση
1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται αρχικά 2-πεντεν-3-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε 3-πεντενιμίνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + NH_3 \xrightarrow{Ti \;\acute{\eta}\; Zr} CH_3CH=C(NH_2)CH_2CH_3 \xrightarrow{} (CH_3CH_2)_2C=NH}
2. Προσθήκη πρωτοταγούς αμίνης. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται N-μεθυλο-2-πεντεν-3-αμίνη, που τελικά ισομερειώνεται σε Ν-μεθυλο-3-πεντανιμίνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + CH_3NH_2 \xrightarrow{Ti \;\acute{\eta}\; Zr} CH_3CH=C(NHCH_3)CH_2CH_3 \xrightarrow{} (CH_3CH_2)_2C=NCH_3
}
3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται N,N-διμεθυλο-2-πεντεν-3-αμίνη:
\mathrm{
CH_3CH=C=CHCH_3 + CH_3NHCH_3 \xrightarrow{Ti \;\acute{\eta}\; Zr} CH_3CH=C[N(CH_3)_2]CH_2CH_3 }

* 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 5-μεθυλο-4-αιθυλιδενο-1,3-διοξάνιο και 4-μεθυλο-5-αιθυλιδενο-1,3-διοξάνιο:

## 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

## Αναφορές και σημειώσεις


Κατηγορία:Αλλένια
Κατηγορία:C5
Κατηγορία:Χειρομορφία (χημεία)