Κυκλοβουτανόλη

Κυκλοβουτανόλη
Γενικά
Όνομα IUPAC	Κυκλοβουτανόλη
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H8O
Μοριακή μάζα	72,11 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος
Αριθμός CAS	2919-23-5
SMILES	OC1CCC1
PubChem CID	76218
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	25
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Η κυκλοβουτανόλη είναι ονομασία μιας κυκλοαλκανόλης, δηλαδή κορεσμένης μονοκυκλικής μονοσθενής αλκοόλης. Συνήθως αντιπροσωπεύεται από τον τύπο: . Με βάση το χημικό της τύπο, C₄H₈Ο έχει τα ακόλουθα εικοσιπέντε (25) ισομερή:

1. Βουτεν-1-όλη-1 (ελάσσων ταυτομερές της βουτανάλης) με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂CH=CHOH.
2. Βουτεν-2-όλη-1 ή 3-μεθυλαλλυλική αλκοόλη με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH=CHCH₂OH.
3. Βουτεν-3-όλη-1 με σύντομο συντακτικό τύπο CH₂=CHCH₂CH₂OH.
4. Βουτεν-1-όλη-2 (ελάσσων ταυτομερές της βουτανόνης) με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂C(OH)=CH₂.
5. Βουτεν-2-όλη-2 (ελάσσων ταυτομερές της βουτανόνης) με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH=C(OH)CH₃.
6. Βουτεν-3-όλη-2 με σύντομο συντακτικό τύπο CH₂=CHCH(OH)CH₃.
7. Μεθυλοπροπεν-1-όλη (ελάσσων ταυτομερές της μεθυλοπροπανάλης) με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₂C=CHOH.
8. Μεθυλοπροπεν-2-όλη ή 2-μεθυλαλλυλική αλκοόλη με σύντομο συντακτικό τύπο CH₂=C(CH₃)CH₂OH.
9. Αιθυλοβινυλαιθέρας ή αιθοξυαιθένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂OCH=CH₂.
10. Μεθυλοπροπεν-1-υλαιθέρας ή 1-μεθοξυπροπένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OCH=CHCH₃.
11. Μεθυλοπροπεν-2-υλαιθέρας ή 3-μεθοξυπροπένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OCH₂CH=CH₂.
12. Μεθυλο(μεθυλοβινυλ)αιθέρας ή 2-μεθοξυπροπένιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OC(CH₃)=CH₂.
13. Βουτανάλη (κύριο ταυτομερές) της βουτεν-1-όλης-1 με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂CH₂CHO.
14. Μεθυλοπροπανάλη (κύριο ταυτομερές) της μεθυλοπροπεν-1-όλης με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₂CHCHO.
15. Βουτανόνη (κύριο ταυτομερές) της βουτεν-2-όλης-2 και της βουτεν-3-όλης-2) με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂COCH₃.
16. 1-μεθυλοκυκλοπροπανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο .
17. 2-μεθυλοκυκλοπροπανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο .
18. Κυκλοπροπυλομεθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο .
19. Κυκλοπροπυλομεθυλαιθέρας με σύντομο συντακτικό τύπο .
20. Οξολάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο .
21. 2-μεθυλοξετάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο .
22. 3-μεθυλοξετάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο .
23. Αιθυλοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο .
24. 2,2-διμεθυλοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο .
25. 2,3-διμεθυλοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο .

Κυκλοβουτάνια

«Κυκλοβουτάνια» ονομάζονται τα κυκλοαλκάνια με τετραμελή 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 όχι επίπεδου τετραγώνου, όπως θα περίμενε κανείς, με βάση τα κυκλοπροπάνια, αλλά «πτυχωμένης» (Puckered), όπως αποδείχθηκε από πειράματα περίθλασης ηλεκτρονίων:

Στη δομή αυτή προκύπτουν δυο απέναντι ζεύγη γωνιών που δείνουν μέσο όρο $\mathrm {{\widehat {C-C-C}}\simeq 88^{o}<109^{o}28'}$, που είναι η συνηθισμένη γωνία δεσμού sp³-sp³ που αντιστοιχεί σε κορεσμένο, οπότε και πάλι προκύπτει «ενέργεια τάσης δεσμών», όπως παραπάνω στα κυκλοπροπάνια, αλλά μικρότερη: Υπολογίστηκε σε ΔQ = 109 kJ/mole. Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι τα κυκλοβουτάνια να δείνουν αντιδράσεις προσθηκοδιάσπασης-1,4, αν και χρειάζονται πιο έντονες συνθήκες για να αντιδράσουν και δείνουν μικρότερες αντίστοιχες ταχύτητες αντίδρασης.

• Η κυκλοβουτάνόλη διαφέρει από το κυκλοβουτάνιο έχοντας μια ομάδα υδροξυλίου αντί ενός ατόμου υδρογόνου.

Παραγωγή

Από 1,4-διαλοβουτανόλη-2

Με επίδραση μετάλλων (συνήθως ψευδάργυρο ή μαγνήσιο) και σε 1,4-διαλοβουτανόλη-2. Π.χ.:

$\mathrm {BrCH_{2}CH_{2}CH(OH)CH_{2}Br+Zn{\xrightarrow {}}ZnBr_{2}+}$

• Με μικρή απόδοση.

Από κυκλοβουτανόνη

Με αναγωγή κυκλοβουτανόνης:
1. Με καταλυτική υδρογόνωση:

$\mathrm {+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}}$

2. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄):

$\mathrm {+{\frac {1}{4}}LiAlH_{4}+{\frac {1}{2}}H_{2}O{\xrightarrow {}}{\frac {1}{4}}LiAlO_{2}+}$

Από κυκλοβουτυλαλογονίδιο

1. Με επίδραση διαλύματος υδροξειδίου του αργύρου σε κυκλοβουτυλαλογονίδιο παράγεται κυκλοβουτανόλη:

$\mathrm {+AgOH{\xrightarrow {}}AgX+}$

2. Με επίδραση διαλύματος αιθανικού νατρίου σε κυκλοβουτυλαλογονίδιο παράγεται αρχικά αιθανικός κυκλοβουτυλεστέρας, που στη συνέχεια υδρολύεται σχηματίζοντας κυκλοβουτανόλη :

$\mathrm {+CH_{3}COONa{\xrightarrow {-NaX}}}$
$\mathrm {+NaOH{\xrightarrow {}}CH_{3}COONa+}$

Από κυκλοβουτένιο

Με προσθήκη νερού σε κυκλοβουτένιο παράγεται κυκλοβουτανόλη:

$\mathrm {+H_{2}O{\xrightarrow {\pi .H_{2}SO_{4}}}}$

Από κυκλοβουτυλεστέρα

Με υδρόλυση κυκλοβουτυλεστέρα, π.χ. καρβοξυλικού, παράγεται κυκλοβουτανόλη :

$\mathrm {+NaOH{\xrightarrow {}}RCOONa+}$

Από κυκλοβουταναμίνη

Με επίδραση νιτρώδους οξέος σε κυκλοβουταναμίνη παράγεται κυκλοβουτανόλη :

$\mathrm {+HNO_{2}{\xrightarrow {}}N_{2}\uparrow +H_{2}O+}$

Από κυκλοβουτυλομεθανόλη

Με αποικοδόμιση της ανθρακικής αλυσίδας της κυκλοβουτυλομεθανόλης::

$\mathrm {+{\frac {4}{3}}KMnO_{4}+{\frac {2}{3}}H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}{\frac {4}{3}}MnO_{2}+{\frac {2}{3}}K_{2}SO_{4}+{\frac {5}{3}}H_{2}O+}$
$\mathrm {+{\frac {1}{2}}SOCl_{2}{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}H_{2}SO_{4}+}$
$\mathrm {+2NH_{3}{\xrightarrow {}}NH_{4}Cl+}$
$\mathrm {+2NaBrO{\xrightarrow {}}Na_{2}CO_{3}+Br_{2}+}$
$\mathrm {+HNO_{2}{\xrightarrow {}}N_{2}\uparrow +H_{2}O+}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αλκοολικά άλατα

1. Αντίδραση με αλκαλιμέταλλα:

$\mathrm {+Na{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}H_{2}\uparrow +}$

2. Αντίδραση με αμίδια μετάλλων::

$\mathrm {+NaNH_{2}{\xrightarrow {}}NH_{3}\uparrow +}$

3. Αντίδραση με αιθινικά μέταλλα::

$\mathrm {+HC\equiv CNa{\xrightarrow {}}HC\equiv CH\uparrow +}$

4. Αντίδραση με αντιδραστήρια Grignard::

$\mathrm {+RMgX{\xrightarrow {}}RH+}$

• Ενδεικτική σειρά οξύτητας ορισμένων ενώσεων: νερό (H₂O) > κυκλοβουτανόλη () > αιθίνιο (HC ≡ CH) > αμμωνία (NH₃) > μεθάνιο (CH₄).

Υποκατάσταση από αλογόνα

1. Αντίδραση με υδροϊώδιο:

$\mathrm {+HI{\xrightarrow {}}H_{2}O+}$

2. Αντίδραση με άλλα υδραλογόνα (X: F, Cl, Br):

$\mathrm {+HX{\xrightarrow {ZnX_{2}}}H_{2}O+}$

3. Αντίδραση με ισχυρά χλωριωτικά μέσα:

1. Με πενταχλωριούχο φωσφόρο (PCl₅):

$\mathrm {+PCl_{5}{\xrightarrow {}}POCl_{3}+HCl+}$

2. Με τριχλωριούχο φωσφόρο (PCl₃):

$\mathrm {+{\frac {1}{3}}PCl_{3}{\xrightarrow {}}H_{3}PO_{3}+}$

• Η συγκεκριμένη μέθοδος εφαρμόζεται επίσης για την παραγωγή κυκλοβουτυλοβρωμίδιου από κυκλοβουτανόλη, με την ανάλογη χρήση του τριβρωμιούχου φωσφόρου.

3. Με θειονυλοχλωρίδιο (SOCl₂):

$\mathrm {+SOCl_{2}{\xrightarrow {}}SO_{2}\uparrow +HCl+}$

Δικυκλοβουτυλαιθέρας

Παραγωγή δικυκλοβουτυλαιθέρα:

$\mathrm {{\xrightarrow[{<140^{o}C}]{H_{2}SO_{4}}}H_{2}O+{\frac {1}{2}}}$

Καρβοξυλικοί εστέρες

Αντίδραση με ακυλιωτικά μέσα:
1. Εστεροποίηση με καρβοξυλικό οξύ:

$\mathrm {+RCOOH{\overrightarrow {\longleftarrow }}H_{2}O+}$

2. Εστεροποίηση με ανυδρίτη καρβοξυλικού οξέος:

$\mathrm {+RCOOOCR{\xrightarrow {}}RCOOH+}$

3. Εστεροποίηση με ακυλαλογονίδιο:

$\mathrm {+RCOX{\xrightarrow {Py}}HX+}$

• Όπου Py: πυριδίνη.

Οξείδωση

Με υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO₄). Παράγεται κυκλοβουτανόνη:

$\mathrm {+{\frac {2}{3}}KMnO_{4}+{\frac {1}{3}}H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}{\frac {1}{3}}K_{2}SO_{4}+{\frac {2}{3}}MnO_{2}+{\frac {4}{3}}H_{2}O+}$

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
• Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.