2-φθοροπροπάνιο

2-φθοροπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	2-φθοροπροπάνιο
Άλλες ονομασίες	2-προπυλοφθορίδιο Ισοπροπυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C3H7F
Μοριακή μάζα	62,09 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CHFCH3
Συντομογραφίες	iPrF
Αριθμός CAS	420-26-8
SMILES	CC(F)C
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	1 1-φθοροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-113,4 °C
Σημείο βρασμού	-10 °C
Πυκνότητα	969 kg/m3 (υγρό)
Εμφάνιση	Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To 2-φθοροπροπάνιο είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και φθόριο, με χημικό τύπο C₃H₇F, αλλά συχνά αποδίδεται με το σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CHFCH₃. Ανήκει στα αλκυλαλογονίδια, δηλαδή στα άκυκλα κορεσμένα οργανομονοαλογονίδια. Το καθαρό 2-φθοροπροπάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25°C και πίεση 1 atm, είναι άοσμο, άχρωμο, υγροποιήσιμο και με συμπίεση και εύφλεκτο αέριο. Με βάση το χημικό τύπο του έχει ένα (1) ισομερές θέσης, το 1-φθοροπροπάνιο.

Ονοματολογία

Η ονομασία «φθοροπροπάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο 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 αρχικό πρόθεμα «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Τέλος, ο αρχικός αριθμός θέσης «2-», 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.

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#2	+0,40
C#1,#3	-0,09

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση προπανίου παράγεται μίγμα των δύο ισομερών φθοροπροπανίων:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{3}+F_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}xCH_{3}CH_{2}CH_{2}F+(1-x)CH_{3}CHFCH_{3}+HF}$

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

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 2-προπανόλη (CH₃CH(OH)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH(OH)CH_{3}+HF{\xrightarrow {ZnF_{2}}}CH_{3}CHFCH_{3}+H_{2}O}$

• 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 2-χλωροπροπάνιο (CH₃CHClCH₃):

$\mathrm {2CH_{3}CHClCH_{3}+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CHFCH_{3}+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Με προσθήκη υδροφθορίου σε προπένιο

Με προσθήκη υδροφθορίου σε προπένιο παράγεται 2-φθοροπροπάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HF{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCH_{3}}$

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, και ο δεσμός άνθρακα - φθορίου είναι ισχυρός.

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται προπανόλη-2 (CH₃CH(OH)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+AgOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(OH)CH_{3}+AgF}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλισοπροπυλαιθέρα [(CH₃)₂CHOR):

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+RONa{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHOR+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει 2-μεθυλαλκίνιο-3 [RC≡CCH(CH₃)₂]. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH(CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό ισοπροπυλεστέρα [RCOOCH(CH₃)₃):

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH(CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει μεθυλοπροπανονιτρίλιο [(CH₃)₂CHCN]:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+NaCN{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+RLi{\xrightarrow {}}RCH(CH_{3})_{2}+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει προπανοθειόλη-2 (CH₃CH(SH)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+NaSH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(SH)CH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλισοπροπυλοθειαιθέρα [RSCH(CH₃)₂]:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH(CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 2-ιωδοπροπάνιο (CH₃CHICH₃):

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+NaI{\xrightarrow {}}CH_{3}CHICH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει προπαναμίνη-2 (CH₃CH(NH₂)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(NH_{2})CH_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλοπροπαναμίνη-2 (CH₃CH(NHR)CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+RNH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(NHR)CH_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλοπροπαναμίνη-2 [CH₃CH(N(R)R')CH₃]:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(N(R)R{\acute {}})CH_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R΄N(R)R΄΄] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλισοπροπυλαμμώνιο {[[CH₃CH(N⁺(R)(R΄)R΄΄)CH₃]]F^-}:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+R{\acute {}}\;N(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;{\xrightarrow {}}[CH_{3}CH(N^{+}(R)(R{\acute {}})R{\acute {}}{\acute {}})CH_{3}]F^{-}}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει προπανοφωσφαμίνη-2:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+PH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(PH_{2})CH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 2-νιτροπροπάνιο [CH₃CH(NO₂)CH₃]:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(NO_{2})CH_{3}+AgF}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται ισοπροπυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CHFCH_{3}{\xrightarrow {AlF_{3}}}PhCH(CH_{3})_{2}+HF}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li) σχηματίζει ισοπροπυλολίθιο:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+2Li{\xrightarrow[{-10^{o}C}]{|Et_{2}O|}}CH_{3}CHLiCH_{3}+LiF}$

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει ισοπροπυλομαγνησιοφθορίδιο :

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH(MgF)CH_{3}}$

Περιφθορίωση

Το 2-φθοροπροπάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) οκταφθοροπροπάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+7CoF_{3}{\xrightarrow {}}C_{3}F_{8}+7HF+7CoF_{2}}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται προπάνιο.:

$\mathrm {4CH_{3}CHFCH_{3}+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}CH_{3}+LiF+AlF_{3}}$

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

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+Zn+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{3}+ZnClF}$

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

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{3}+SiH_{3}F}$

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

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{3}+RSnH_{2}F}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο [(CH₃)₂CHCH₂CH₂F]:

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

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 3-μεθυλο-1-φθοροβουτένιο-1 [(CH₃)₂CHCH=CHF]:

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

3. Η αντίδραση του 2-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:

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

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

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

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

$\mathrm {+CH_{3}CHFCH_{3}{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH(CH_{3})_{2}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 2-φθοροπροπάνιο παράγεται προπένιο:

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{3}CH=CH_{2}+NaF+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {CH_{3}CHFCH_{3}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {6}{7}}CH_{3}CH_{2}CHFCH_{3}+{\frac {1}{7}}(CH_{3})_{3}CF+KCl+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους έξι (3) δεσμούς CH₂-H. Παράγεται 2-φθοροβουτάνιο.

2. Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό C-H: 2. Παράγεται διμεθυλο-2-φθοροπροπάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 2-φθοροβουτάνιου ~86%, μεθυλο-1-φθοροπροπάνιου ~29,5% και διμεθυλο-2-φθοροπροπάνιου ~14%.

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