Διμεθυλοπροπάνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Διμεθυλοπροπάνιο
Neopentane-2D-skeletal.png
2,2-diméthylpropane.png
Neopentane.PNG
Neopentane 3D 1.png
Neopentane-3D-balls.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Διμεθυλοπροπάνιο
Άλλες ονομασίες Νεοπεντάνιο
Τετραμυθυλομεθάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C5H12
Μοριακή μάζα 72,15 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
C(CΗ3)4
Συντομογραφίες NpH, tBuMe, CMe4
Αριθμός CAS 463-82-1
SMILES CC(C)(C)C
Αριθμός EINECS 207-343-7
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης Πεντάνιο
Μεθυλοβουτάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης −16,6°C
Σημείο βρασμού 9,5°C
Πυκνότητα 627 kg/m3 (υγρό στους 9,5°C)
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Βαθμός οκτανίου 100[1]
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
-7°C
Ενθαλπία
σχηματισμού
−168 kJ/mol
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg Hazard X.svg Hazard N.svg
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+), Επιβλαβές (Xn), Τοξικό για τους υδρόβιους οργανισμούς (N)
Φράσεις κινδύνου 12, 51/53, 65, 66, 67
Φράσεις ασφαλείας 2, 9, 16, 29, 33, 61, 62
MSDS Σύνδεσμος MSDS
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
1
0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Το νεοπεντάνιο ή διμεθυλοπροπάνιο[2] ή τετραμεθυλομεθάνιο ανήκει στην οικογένεια των αλκανίων, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας, με χημικό τύπο C5H12 και σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)4C. Παράγεται από το πετρέλαιο και χρησιμοποιείται κυρίως ως πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία.

Ονοματολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ονομασία «διμεθυλοπροπάνιο» από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «διμεθυλο-»[3] δηλώνει την παρουσία δύο (2) όμοιων διακλαδώσεων («δι-») ενός (1) ατόμου άνθρακα («-μεθυλο-»), το τμήμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα στην κύρια ανθρακική αλυσίδα 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[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μόριό του αποτελείται από τέσσερα (4) άτομα άνθρακα (4 πρωτοταγή[4] και ένα τεταρτοταγές[5])) και δέκα (10) άτομα υδρογόνου. Δομικά, το κάθε ακραίο άτομο άνθρακα βρίσκεται στο κέντρο ενός τετραέδρου και τα τρία (3) άτομα υδρογόνου και το έτερο άτομο άνθρακα στις κορυφές του. Για τα κεντρικό άτομο άνθρακα, η διαφορά είναι ότι είναι συνδεμένο με ένα (1) άτομο υδρογόνου και τρία (3) άτομα άνθρακα Οι δεσμοί C-H που σχηματίζονται είναι ελαφρά πολωμένοι (~3%) ομοιοπολικοί τύπου σ (2sp3-1s), με μήκος 108,7 pm. Ο δεσμός C-C είναι ομοιοπολικός τύπου σ (2sp3-2sp3), με μήκος 154 pm. Οι δε γωνίες \mathrm{\widehat{H C H}} είναι περίπου 109° 28΄.

Δεσμοί[6]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp3-1s 109 pm 3% C- H+
C-C σ 2sp3-2sp3 154 pm
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
C#1,#3,#1',#1'' -0,09
C#2 -0,00
H +0,03

Παρασκευές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Απομονώνεται από το πετρέλαιο.
  2. Απομονώνεται από μίγματα που προκύπτουν από πυρόλυση βαρύτερων προϊόντων διύλισης πετρελαίου ή πολυμερών υδρογονανθράκων.

Παρασκευή με αντιδράσεις σύνθεσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Δομικά το ισοπεντάνιο αποτελείται από δυο μέρη: τ.βουτύλιο ((CH3)3C-) και μεθύλιο (CH3-). Επομένως, ο απλούστερος τρόπος παρασκευής καθαρού νεοπεντανίου είναι η αντίδραση ζεύγους τ.βουτυλολογονιδίου - μεθυλολιθίου ή τ.βουτυλολιθίου - μεθυλαλογονιδίου[7]:

\mathrm{CH_3X + 2Li \xrightarrow{|Et_2O|} CH_3Li + LiX}
\mathrm{(CH_3)_3CX + CH_3Li \xrightarrow{} (CH_3)_4C + LiX}
ή
\mathrm{(CH_3)_3CX + 2Li \xrightarrow{|Et_2O|} (CH_3)_3CLi + LiX}
\mathrm{(CH_3)_3CLi + CH_3X \xrightarrow{} (CH_3)_4C + LiX}

όπου X οποιοδήποτε αλογόνο, αλλά συνήθως χρησιμοποιείται το Br.

2. Αν επιχειρηθεί η ανάλογη αντίδραση Wurtz το αποτέλεσμα είναι ένα μίγμα προϊόντων[8]:

\mathrm{(CH_3)_3CX + CH_3X + 4Na \xrightarrow{} CH_3CH_3 + (CH_3)_4C + 4NaX}

  • Οι ρίζες των τ. βουτυλίων δεν ενώνονται μεταξύ τους λόγω στερεοχημικής παρεμπόδισης.
  • Η αντίδραση είναι ασύμφορη σε σχέση με την προηγούμενη, αλλά τα προϊόντα αυτά διαχωρίζονται εύκολα: Το βαρύτερο είναι το ζητούμενο (εδώ) νεοπεντάνιο με σ.ζ.: 9,5 °C ενώ του αιθάνιου με σ.ζ.: -88,6 °C.

Παρασκευή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ[9]:

 \mathrm{(CH_3)_3CCH_2X  + Zn + HX \xrightarrow{} (CH_3)_4C + ZnX_2}

2. Με LiAlH4 ή NaBH4[10]:

 \mathrm{4(CH_3)_3CCH_2X + LiAlH_4 \xrightarrow{} (CH_3)_4C + AlX_3 + LiX}

3. Με αναγωγή νεοπεντυλοϊωδίδιου[11]:

\mathrm{(CH_3)_3CCH_2I + HI \xrightarrow{} (CH_3)_4C + I_2}

4. Με αναγωγή από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται μεθυλοβουτάνιo[12]:

 \mathrm{(CH_3)_3CCH_2X + SiH_4 \xrightarrow{BF_3} (CH_3)_4C + SiH_3X}

5. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.[13]:

 \mathrm{(CH_3)_3CCH_2X + RSnH_3 \xrightarrow{BF_3} (CH_3)_4C + RSnH_2X}

6. Με αναγωγή από μέταλλα και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων:

1. Με χρήση Li[14]:

\mathrm{(CH_3)_3CCH_2X + 2Li \xrightarrow[-10^oC]{|Et_2O|} (CH_3)_3CCH_2Li + LiX}
(\mathrm{CH_3)_3CCH_2Li + H_2O \xrightarrow{} (CH_3)_4C  + LiOH}

2. Με χρήση Mg[15]:

\mathrm{(CH_3)_3CCH_2X  + Mg \xrightarrow{|Et_2O|} (CH_3)_3CCH_2MgX}
\mathrm{(CH_3)_3CCH_2MgX + H_2O \xrightarrow{} (CH_3)_4C + Mg(OH)X}

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με αναγωγή διμεθυλοπροπανάλης - Αντίδραση Wolf-Kishner[16]:

 \mathrm{(CH_3)_3CCHO + NH_2NH_2 \xrightarrow{KOH} (CH_3)_4C + N_2 + H_2O}

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών μπορεί να παραχθεί διμεθυλοπροπάνιο. Π.χ. από την αναγωγή της διμεθυλοπροπανοθειόλης (μέθοδος Raney)[17]:

\mathrm{(CH_3)_3CCH_2SH + H_2 \xrightarrow{Ni} (CH_3)_4C  + H_2S}

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειεστέρων μπορεί να παραχθεί διμεθυλοπροπάνιο. Π.χ. από την αναγωγή του δινεοπεντυλοθειαιθέρα (μέθοδος Raney)[17]:

\mathrm{(CH_3)_3CCH_2SCH_2CCH_3)_3 + 2H_2 \xrightarrow{Ni} 2(CH_3)_4C  + H_2S}

Παρασκευή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{(CH_3)_3CCH_2COOH + NaOH \xrightarrow{} (CH_3)_3CCH_2COONa + H_2O \xrightarrow{\mathcal{4}} (CH_3)_4C + NaHCO_3 \xrightarrow{\triangle} (CH_3)_4C + NaOH + CO_2}

Φυσικές διότητες και ισομερή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νεοπεντάνιο είναι άχρωμο και εξαιρετικά εύφλεκτο αέριο το οποίο υγροποιείται εύκολα μόλις στους 9,5 °C. Ανήκει στην οικογένεια των αλκανίων και μάλιστα είναι ένα από τα μέλη που διατηρεί την εμπειρική του ονομασία ανεξάρτητα από τους κανόνες ονοματολογίας.

Ισομερή πεντανίου

Το αέριο νεοπεντάνιο είναι βαρύτερο από τον αέρα (ειδικό βάρος ως προς τον αέρα 2,5) και γι' αυτό έχει την τάση να συγκεντρώνεται στο επίπεδο του εδάφους ή κάτω από αυτό ιδιαίτερα σε κλειστούς χώρους.

Είναι μία από τις τρεις ισομερείς μορφές του πεντανίου: το (κανονικό) n-πεντάνιο (CH3-(CH2)3-CH3) που είναι ένας γραμμικός υδρογονάνθρακας, το ισοπεντάνιο ή μεθυλοβουτάνιο (CH-(CH3)2-CH2-CH3) και το νεοπεντάνιο ή διμεθυλοπροπάνιο (C-(CH3)4). Τα ισομερή αυτά παρόλο που έχουν ίδιο χημικό τύπο και μοριακό βάρος, έχουν διαφορετικές δομές και διαφορετικές ιδιότητες.

Αναμιγνύεται πλήρως με υδρογονάνθρακες και αιθέρες, αλλά είναι αδιάλυτο στο νερό.

Συντακτικός τύπος
Δομή
Όνομα IUPAC
(ελληνική μορφή)
Όνομα
Μοριακό
Βάρος
Σημείο ζέσεως
(°C, 1 atm)
Κρίσιμη πίεση
(atm)
Κρίσιμη Θερμοκρασία
(°C)
κ-πεντάνιο
κ-πεντάνιο
κ-πεντάνιο
πεντάνιο
72,149 36,06 33,25 196,50
ισοπεντάνιο
ισοπεντάνιο
2-μεθυλοβουτάνιο
ισοπεντάνιο
72,149 27,84 33,37 187,24
νεοπεντάνιο
νεοπεντάνιο
2,2-διμεθυλοπροπάνιο
νεοπεντάνιο
72,149 9,50 31,57 160,60

Χημικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οξείδωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Όπως όλα τα αλκάνια, το νεοπεντάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό[19]:

\mathrm{C_5H_{12} + 8O_2 \xrightarrow{\triangle} 5CO_2 + 6H_2O + 3514,56 \; 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[20], των δεσμών C-H[21] και των δεσμών (Ο=Ο)[22] του O2:

2. Παραγωγή υδραερίου:

\mathrm{C_5H_{12} + 5H_2O \xrightarrow[700-1100^oC]{Ni} 5CO + 11H_2}

3. Καταλυτική οξείδωση κυρίως προς νεοπεντανάλη

\mathrm{(CH_3)_4C + O_2 \xrightarrow[\triangle]{Cu} (CH_3)_3CCHO + H_2O}

Αλογόνωση [23][Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

 \mathrm{(CH_3)_4C + X_2 \xrightarrow[\triangle]{UV}(CH_3)_3CCH_2X + HX}

  • Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του (CH3)4C:
1. Έναρξη: Παράγονται ελεύθερες ρίζες.

 \mathrm{Cl_2 \xrightarrow[\triangle]{UV} 2Cl^\bullet - 239 kJ}

  • Η απαιτούμενη ενέργεια προέρχεται από το υπεριώδες φως (UV) ή θερμότητα (Δ).
2. Διάδοση: Καταναλώνονται οι παλιές ελεύθερες ρίζες, σχηματίζοντας νέες.

 \mathrm{(CH_3)_4C  + Cl^\bullet \xrightarrow{} (CH_3)_3CCH_2^\bullet + HCl + 14 kJ}  [24]
 \mathrm{(CH_3)_3CCH_2^\bullet  + Cl_2 \xrightarrow{} (CH_3)_3CCH_2Cl + Cl^\bullet + 100 kJ}

3. Τερματισμός: Καταναλώνονται μεταξύ τους οι ελεύθερες ρίζες, κατά τη στατιστικά σπάνια περίπτωση της συνάντησής τους.

  \mathrm{2Cl^\bullet \xrightarrow{} Cl_2 + 239 kJ}
  \mathrm{(CH_3)_3CCH_2^\bullet + Cl^\bullet \xrightarrow{} (CH_3)_3CCH_2Cl + 339 kJ}
  \mathrm{2(CH_3)_3CCH_2^\bullet \xrightarrow{} (CH_3)_3CCH_2CH_2C(CH_3)_3 + 347 kJ}

  • Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή μονοααλογονιδίων.
  • Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες (CH3)4C και Χ2 θα παραχθεί μίγμα όλων των αλογονοπαραγώγων του (CH3)4C.
  • Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια (CH3)4C, τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης (CH3)4C με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντισης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.

Παρεμβολή καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{(CH_3)_4C + CH_3Cl + KOH \xrightarrow{} (CH_3)_3CCH_2CH_3 + KCl + H_2O}

Νίτρωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Αντιδρά με ατμούς HNO3 στην αέρια φάση[26]:

 \mathrm{(CH_3)_4C + HNO_3 \xrightarrow{\triangle} (CH_3)_3CCH_2NO_2 + H_2O}

Καταλυτική ισομερείωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

To νεοπεντάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς πεντάνιο ή ισοπεντάνιο:

 \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2CH_3 \stackrel{AlCl_3}{\overrightarrow\longleftarrow} CH_3CH_2CH \begin{pmatrix} CH_3 \end{pmatrix}_2 \stackrel{AlCl_3}{\overrightarrow\longleftarrow} \begin{pmatrix} CH_3 \end{pmatrix}_4C}

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νεοπεντάνιο χρησιμοποιείται κυρίως ως πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία για την παραγωγή του ισοβουτυλένιου από το οποίο στη συνέχεια παράγεται το καουτσούκ. Επίσης χρησιμοποιείται για την σύνθεση και άλλων οργανικών ενώσεων.

Ασφάλεια - υγεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νεοπεντάνιο είναι ένα εξαιρετικά εύφλεκτο υλικό το οποίο πρέπει να αποθηκεύεται σε καλά αεριζόμενο μέρος και μακριά από πηγές ανάφλεξης. Είναι τοξικό για τους υδρόβιους οργανισμούς και πρέπει να αποφεύγεται η απελευθέρωσή στο περιβάλλον ή στην αποχέτευση.

Aναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Compounds in Gasoline
  2. Τυπικά είναι 2,2-διμεθυλοπροπτάνιο, αλλά το 2,2- παραλείπεται, επειδή δεν υπάρχει άλλο διμεθυλοπροπάνιο.
  3. Οι αριθμοί θέσης (2,2-) των διακλαδώσεων παραλείπεται, επειδή δεν υπάρχει άλλο διμεθυλοπροπάνιο.
  4. Άτομο C ενωμένο με ένα άλλο άτομο C.
  5. Άτομο C ενωμένο με τέσσερα άλλα άτομα C.
  6. Τα 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.
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.5
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2β, R = CH3, R' = (CH3)3CH
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.1β., με R = (CH3)3CCH2
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, §6.2.1α., με R = (CH3)3CCH2
  11. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.14, §1.1
  12. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
  13. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.
  14. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.80-82, §5.1-5.2
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.4α., με R = (CH3)3CCH2
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.6β.
  17. 17,0 17,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.269, §11.6B7.
  18. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.3α., με R = (CH3)3CCH2
  19. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.1, v = 5 και μετατροπή μονάδας ενέργειας σε kJ.
  20. ΔHC-C= +347 kJ/mol
  21. ΔHC-H = +415 kJ/mol
  22. ΔHO-O=+146 kJ/mol
  23. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.1β., με R = (CH3)3CCH2
  24. καθοριστικό ταχύτητας
  25. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3, R = (CH3)3CCH2.
  26. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244 , §10.3.2, R = (CH3)3CCH2

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σημ.: Μερικές από τις ενέργειες αντιδράσεων υπολογίστηκαν με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Θα διασταυρωθούν και βιβλιογραφικά το συντομότερο για μεγαλύτερη ακρίβεια.

Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Neopentane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).