Μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο

Μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο
Άλλες ονομασίες	ισοβουτυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H9F
Μοριακή μάζα	76,113863 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	(CH3)2CHCH2F
Συντομογραφίες	iBuF
Αριθμός CAS	359-00-2
SMILES	CC(C)CF
ChemSpider ID	10326324
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	3 1-φθοροβουτάνιο 2-φθοροβουτάνιο μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο βρασμού	25,1°C
Πυκνότητα	758 kg/m3
Δείκτης διάθλασης , nD	1,333
Τάση ατμών	757,2 mmHg
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	-27,761°C
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο ή ισοβουτυλοφθορίδιο είναι ένα υγρό (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25 °C, P = 1 atm) . Με βάση το χημικό τύπο του, C₄H₉F, έχει τα ακόλουθα τρία (3) ισομερές θέσης:

1. 1-φθοροβουτάνιο.
2. 2-φθοροβουτάνιο.
3. Μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο.

Ονοματολογία

Η ονομασία «μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά κύρια 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 που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το πρόθεμα «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Το αρχικό πρόθεμα «μεθυλο-» δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης ενός ατόμου άνθρακα. Ο αριθμός θέσης «-1-», δηλώνει τον αριθμό θέσης του ατόμου του άνθρακα με το οποίο ενώνεται το άτομο του φθορίου, για να διαχωριστεί η ένωση από την ισομερή της μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο. Για το αρχικό πρόθεμα δεν χρειάζεται αριθμός θέσης, γιατί μόνο η θέση #2 είναι διαθέσιμη και επομένως εννοείται. Τέλος το πρόθεμα μέθυλο- προτάσσεται του προθέματος φθορο-, γιατί μ < φ, σύμφωνα με την ελληνική αλφαβητική σειρά. Σημειώνεται ότι η αγγλόφωνη ονομασία της ένωσης είναι 1-fluoromethylpropane, γιατί σύμφωνα με την αγγλική αλφάβητο είναι f < m.

Μοριακή δομή

Δεσμοί
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
C-F	σ	2sp3-2sp3	139 pm	43% C+ F-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
F	-0,43
H	+0,03
C#1	+0,37
C#3,#1΄	-0,09
C#2	-0,03

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση μεθυλοπροπανίου παράγεται μίγμα μεθυλο-1-φθοροπροπανίου και μεθυλο-2-φθοροπροπανίου:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CH+F_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}x(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+(1-x)(CH_{3})_{3}CF+HF}$

• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυφθοροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας μεθυλοπροπανίου.
• Η μέθοδος δεν είναι χρήσιμη αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά δύσκολος διαχωρισμός.

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε μεθυλο-1-προπανόλη ((CH₃)₂CHCH₂OH):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OH+HF{\xrightarrow {ZnF_{2}}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+H_{2}O}$

• Συνήθως το υδροφθόριο παρασκευάζεται επιτόπου με την αντίδραση:

$\mathrm {2NaF+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}Na_{2}SO_{4}+2HF}$

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο (CH₃)₂CHCH₂Cl):

$\mathrm {2(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αντιδράσεις υποκατάστασης

• Οι αντιδράσεις είναι πολύ πιο αργές σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλκυλαλογονίδια των άλλων αλογόνων, γιατί ο μηχανισμός που επικρατεί σ' αυτές τις αντιδράσεις υποκαταστάσεως είναι ο S_N².

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται μεθυλο-1-προπανόλη ((CH₃)₂CHCH₂OH):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+AgOH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OH+AgF}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλισοβουτυλαιθέρα ((CH₃)₂CHCH₂OR):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+RONa{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OR+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH₂CH(CH₃)₂). Π.χ.:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό ισοβουτυλεστέρα (RCOOCH₂CH(CH₃)₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει 3-μεθυλοβουτανονιτρίλιο ((CH₃)₂CHCH₂CN):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+NaCN{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+RLi{\xrightarrow {}}RCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει μεθυλο-1-προπανοθειόλη ((CH₃)₂CHCH₂SH):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+NaSH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}SH+NaF}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλισοβουτυλοθειαιθέρα (RSCH₂CH(CH₃)₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει μεθυλο-1-ιωδοπροπάνιο ((CH₃)₂CHCH₂I):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+NaI{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}I+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει μεθυλο-1-προπαναμίνη ((CH₃)₂CHCH₂NH₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+NH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}NH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλομεθυλο-1-προπαναμίνη (RNHCH₂CH(CH₃)₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλομεθυλο-1-προπαναμίνη [R'N(CH₂CH(CH₃)₂)R]:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}N(R)R{\acute {}}+HF}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλισοβουτυλαμμώνιο {[R'N(CH₂CH(CH₃)₂)(R)R"]F}:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+R{\acute {}}\;N(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;{\xrightarrow {}}[(CH_{3})_{2}CHCH_{2}N(R)(R{\acute {}})R{\acute {}}\ \;{\acute {}}\;]F}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει μεθυλο-1-προπανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+PH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}PH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει μεθυλο-1-νιτροπροπάνιο ((CH₃)₂CHCH₂NO₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}NO_{2}+AgF}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται ισοβουτυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F{\xrightarrow {AlF_{3}}}PhCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+HF}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει ισοβουτυλολίθιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+2Li{\xrightarrow[{-10^{o}C}]{|Et_{2}O|}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Li+LiF}$

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει ισοβουτυλομαγνησιοφθορίδιο :

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}MgF}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται μεθυλοπροπάνιο.:

$\mathrm {4(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4(CH_{3})_{3}CH+LiF+AlF_{3}}$

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται μεθυλοπροπάνιο.:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+Zn+HCl{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CH+ZnClF}$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθυλοπροπάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{3}CH+SiH_{3}F}$

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CH+RSnH_{2}F}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 4-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο ((CH₃)₂CHCH₂CH₂CH₂F):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 4-μεθυλο-1-φθορο-1-πεντένιο ((CH₃)₂CHCH₂CH=CHF):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH=CHF}$

3. Η αντίδραση του μεθυλο-1-φθοροπροπανίου με συζυγή αλκαδιένια αντιστοιχεί κυρίως σε 1,4-προσθήκη, αν και είναι επίσης δυνατές η 1,2-προσθήκη και η 3,4-προσθήκη, με τη χρήση κατάλληλων συνθηκών. Π.χ:

$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F{\xrightarrow {}}RCH_{2}FCH=CHCH_{2}CH(CH_{3})_{2}}$ (1,4-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F{\xrightarrow {}}RCH=CHCHFCH_{2}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}}$ (1,2-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}RCHFCH(CH_{2}CH(CH_{3})_{2})CH=H_{2}+{\frac {1}{2}}RCH(CH_{2}CH(CH_{3})_{2})CHFCH=CH_{2}}$ (3,4-προσθήκη)

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 5-μεθυλο-1-φθορεξάνιο:

$\mathrm {+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει ισοβουτοξυ-2-φθοραιθάνιο:

$\mathrm {+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH(CH_{3})_{2}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο παράγεται μεθυλοπροπένιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}(CH_{3})_{2}C=CH_{2}+NaF+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

• Τα καρβένια (π.χ. [:CH₂]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμε:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}F+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {2}{3}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+{\frac {2}{9}}(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+{\frac {1}{9}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+KCl+H_{2}O}$

• Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;

1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς CH₂-H. Παράγεται 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.

2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς CH-H: Παράγεται 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.

3. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C-H: Παράγεται διμεθυλοφθοροπροπάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~67%, 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιου ~22% και διμεθυλοφθοροπροπάνιου ~11%.

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
• Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985