Αιθυλοκυκλοπροπάνιο

Αιθυλοκυκλοπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Αιθυλοκυκλοπροπάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C5H10
Μοριακή μάζα	70,14 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος
Αριθμός CAS	1191-96-4
SMILES	CCC1CC1
Αριθμός EINECS	214-746-1
Δομή
Είδος δεσμού	C-H: σ(2sp2-1s)
Πόλωση δεσμού	C--H+: 3%
Μοριακή γεωμετρία	Τα ανθρακοάτομα του κυκλοπροπυλίου είναι σε επίπεδη τριγωνική θέση.
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	9
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο βρασμού	36,2 °C
Πυκνότητα	772 kg/m3
Εμφάνιση	Άχρωμο υγρό
Χημικες ιδιότητες
Θερμότητα πλήρους καύσης	3.402 kJ/mole
Επικινδυνότητα
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm) εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το αιθυλοκυκλοπροπάνιο είναι το κυκλοαλκάνιο, δηλαδή κορεσμένος υδρογονάνθρακας με δακτύλιο. Με βάση το χημικό τύπο του, C₅H₁₀, έχει εννέα (9) ισομερή θέσης:

1. Κυκλοπεντάνιο.
2. Μεθυλοκυκλοβουτάνιο.
3. 1,1-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο.
4. 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο (με 2 γεωμερικά ισομερή).
5. πεντένιο-1.
6. πεντένιο-2 (με 2 γεωμερικά ισομερή).
7. 2-μεθυλοβουτένιο-1.
8. 3-μεθυλοβουτένιο-1 και
9. Μεθυλοβουτένιο-2.

Κυκλοπροπάνια

«Κυκλοπροπάνια» ονομάζονται τα κυκλοαλκάνια με τριμελή δακτύλιο, που αποτελεί και το χαρακτηριστικό της δομής τους. Οι πλευρικές αλυσίδες, όταν υπάρχουν, διαμορφώνονται όπως στα αλκάνια. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της μοριακής δομής τους είναι η εμφάνιση γωνίας δεσμού $\mathrm{\widehat{C-C-C} = 60^o < 109^o28'}$ που είναι η συνηθισμένη γωνία δεσμού sp³-sp³ που αντιστοιχεί σε κορεσμένο. Ύστερα από ενεργειακή ανάλυση των πιθανών δομών - μοριακών μοντέλων με κβαντομηχανικές μεθόδους προέκυψε ως πιθανότερη η εκδοχή του sp² υβριδισμού και της δημιουργίας δύο μοριακών τροχιακών τριών κέντρων (των τριών ατόμων C), σ (2sp²-2sp²-2sp²) και π (2p-2p-2p), με 3 ηλεκτρόνια ανά μοριακό τροχιακό, ώστε να χρησιμοποιηθούν τα 6 διαθέσιμα ηλεκτρόνια των 3 ατόμων C (τα άλλα 6 χρησιμοποούνται για τους 6 σ δεσμούς με τα 6 άτομα υδρογόνου ή και τα αλκύλια). Αντί δηλαδή των κλασσικών 3 ομοιοπολικών δεσμών δύο κέντρων μεταξύ των ατόμων C, υπάρχουν 2 ομοιοπολικοί δεσμοί τριών κέντρων.

Εξαιτίας αυτού του γεγονότος προκύπτει η λεγόμενη «ενέργεια τάσης δεσμών» που συνυπολογίζει την ενέργεια παραμόρφωσης δεσμικής γωνίας (κατά Baeyer), που οφείλεται στη διαφορά γωνίας από την κανονική, και την ενέργεια στρέψης (κατά Piltzer), που οφείλεται στην αδυναμία του συστήματος να στρέψει τους δεσμούς του και να πάρει διαμόρρφωση αποφυγής των απώσεων τύπου Van der Waals, που αναπτύσσονται από την προσέγγιση αλληλοαπωθούμενων ατόμων και ομάδων αυτών. Ενώ λοιπόν το ισομερές προπένιο έχει θερμότητα ολικής καύσης 1.971 kcal/mole το κυκλοπροπάνιο έχει 2.088 kcal/mole. Το ΔQ = 117 kJ/mole αντιστοιχεί ακριβώς στην επιπλέον ενέργεια που παγιδεύει η ιδιάζουσα δομή του τριμελή δατυλίου. Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι τα κυκλοπροπάνια να δείνουν αντιδράσεις προσθηκοδιάσπασης-1,3.

Παρασκευές

Ενδομοριακή αντίδραση Würz

Με την τροποποιημένη αντίδραση Freund με Zn, που δίνει μεγαλύτερη απόδοση στην ενδομοριακή αντίδραση. Σ' αυτήν την περίπτωση η στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης γίνεται:

$\mathrm{CH_3CH_2CHBrCH_2CH_2Br + Zn \xrightarrow{} ZnBr_2 +}$

Με χρήση καρβενίου

Με παρεμβολή αιθανοκαρβένιου σε κυκλοπροπάνιο:

$\mathrm{+ CH_3CHN_2 \xrightarrow{hv} N_2 \uparrow +}$

Χημικές ιδιότητες

Οξείδωση

1. Όπως όλα τα κυκλοαλκάνια, το κυκλοπεντάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό:

$\mathrm{+ \frac{15}{2}O_2 \xrightarrow{\triangle} 5CO_2 + 5H_2O + 3.402 J}$

• 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-C, των δεσμών C-H και των δεσμών (Ο=Ο) του O₂:

2. Παραγωγή υδραερίου:

$\mathrm{+ 5H_2O \xrightarrow[700-1100^oC]{Ni} 5CO + 10H_2}$

3. Καταλυτική οξείδωση:
Με καταλυτική οξυγόνωση δίνει αντίδραση προσθηκοδιάσπαση-1,3 προς μίγμα 2-αιθυλοξετάνιου και 3-αιθυλοξετάνιου:

$\mathrm{+ \frac{1}{2}O_2 \xrightarrow[1-2MPa,\triangle]{Ag} \frac{2}{3}}$ $\mathrm{+ \frac{1}{3}}$

4. Με υπερμαγγανικό κάλιο προς 1-αιθυλοκυκλοπρονόλη:

$\mathrm{+ 2KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} 2MnO_2 + K_2SO_4 + H_2O +}$

Καταλυτική υδρογόνωση με 1,3-Προσθηκοδιάσπαση

• Ο όρος «προσθηκοδιάσπαση» σημαίνει προσθήκη με διάσπαση δακτυλίου.

Με καταλυτική υδρογόνωση - Παράγεται μίγμα πεντάνιου και μεθυλοβουτάνιου:

$\mathrm{+ H_2 \xrightarrow{Pt} \frac{2}{3} CH_3CH_2CH_2CH_2CH_3 + \frac{1}{3} CH_3CH_2CH(CH_3)_2}$

Υδραλογόνωση-1,3

Με υδραλογόνο (ΗΧ) - Παράγεται μίγμα πεντυλοαλογονίδιου-2 και 1-αλο-2-μεθυλοβουτάνιου:

$\mathrm{+ HX \xrightarrow{} \frac{2}{3} CH_3CH_2CH(X)CH_2CH_3 + \frac{1}{3} CH_3CH_2CH(CH_3)CH_2X}$

Υδροξυαλογόνωση-1,3

Με υπαλογονώδες οξύ (HOX) - Παράγεται μίγμα 1-αλοπεντανόλης-3 και 3-αλο-2-αιθυλοπροπανόλης-1:

$\mathrm{ + HOX \xrightarrow{} \frac{2}{3} CH_3CH_2CH(OH)CH_2CH_2X + \frac{1}{3} XCH_2CH(CH_2CH_3)CH_2OH}$

Ενυδάτωση-1,3

Με επίδραση θειικού οξέως σε αιθυλοκυκλοπροπάνιo παράγεται μίγμα μονοεστέρων του θειικού οξέος, που υδρολύεται σχηματίζοντας μίγμα πεντανόλης-2 και 2-μεθυλοβουτανόλης-1:

$\mathrm{+ H_2SO_4 \xrightarrow{} \frac{2}{3} CH_3CH_2CH(OSO_3H)CH_2CH_3 + \frac{1}{3} CH_3CH_2CH(CH_3)CH_2OSO_3H \xrightarrow[-H_2SO_4]{+H_2O} \frac{2}{3} CH_3CH_2CH(OH)CH_2CH_3 + \frac{1}{3} CH_3CH_2CH(CH_3)CH_2OH}$

Διυδροξυλίωση-1,3

Με επίδραση υπεροξείδιο του υδρογόνου σε αιθυλοκυκλοπροπάνιo, παρουσία καρβονικών οξέων παράγεται μίγμα πεντανoδιόλης-1,3 και 2-αιθυλοπροπανοδιόλης-1,3:

$\mathrm{ + H_2O_2 \xrightarrow{RCOOH} \frac{2}{3} CH_3CH_2CH(OH)CH_2CH_2OH + \frac{1}{3} HOCH_2CH(CH_2CH_3)CH_2OH}$

Πηγές

• 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