Μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο

Μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο
Άλλες ονομασίες	τριτοταγές βουτυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H9F
Μοριακή μάζα	76,113863 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	(CH3)3CF
Συντομογραφίες	tBuF
Αριθμός CAS	353-61-7
SMILES	FC(C)(C)C
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	3 1-φθοροβουτάνιο 2-φθοροβουτάνιο μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο βρασμού	12,1 °C
Πυκνότητα	752,7 kg/m3
Δείκτης διάθλασης , nD	1,332
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο ή τριτοταγές βουτυλοφθορίδιο 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-1-φθοροπροπάνιο.

Ονοματολογία

Η ονομασία «μεθυλο-2-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 «-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 μεθυλο-1-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 2-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#2	+0,43
C#1,#3,#1΄	-0,09

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση μεθυλοπροππροπανίου παράγεται μίγμα μεθυλο-2-φθοροπροπανίου και μεθυλο-1-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-2-προπανόλη ((CH₃)₃COH):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}COH+HF{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CF+H_{2}O}$

• 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-2-χλωροπροπάνιο (CH₃)₃CCl):

$\mathrm {2(CH_{3})_{3}CCl+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2(CH_{3})_{3}CF+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Με προσθήκη υδροφθορίου σε μεθυλοπροπένιο

Με προσθήκη υδροφθορίου σε μεθυλοπροπένιο παράγεται μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο::

$\mathrm {(CH_{3})_{2}C=CH_{2}+HF{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CF}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αντιδράσεις υποκατάστασης

• Οι αντιδράσεις έχουν παρόμοια ταχύτητα σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλκυλαλογονίδια των άλλων αλογόνων, γιατί ο μηχανισμός που επικρατεί σ' αυτές τις αντιδράσεις υποκαταστάσεως είναι ο S_N¹.

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται μεθυλο-2-προπανόλη ((CH₃)₃COH):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+AgOH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}COH+AgF}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει 2-αλκοξυμεθυλοπροπάνιο ((CH₃)₃COR):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+RONa{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}COR+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CC(CH₃)₃). Π.χ.:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CC(CH_{3})_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό τριτοταγή βουτυλεστέρα (RCOOC(CH₃)₃):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOC(CH_{3})_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει διμεθυλοπροπανονιτρίλιο ((CH₃)₃CCN):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+NaCN{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+RLi{\xrightarrow {}}RC(CH_{3})_{3}+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει μεθυλο-2-προπανοθειόλη ((CH₃)₃CSH):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+NaSH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CSH+NaF}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει 2-αλκυλθειομεθυλοπροπάνιο ((CH₃)₃CSR):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}F+RSNa{\xrightarrow {}}RSC(CH_{3})_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει μεθυλο-2-ιωδοπροπάνιο ((CH₃)₃CI):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+NaI{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CI+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει μεθυλο-2-προπαναμίνη ((CH₃)₃CNH₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+NH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CNH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλομεθυλο-2-προπαναμίνη (RNHC(CH₃)₃):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHC(CH_{3})_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλομεθυλο-2-προπαναμίνη [R'N(C(CH₃)₃)R]:

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

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλο-τριτοταγές βουτυλαμμώνιο {[R'N(C(CH₃)₃)(R)R"]F}:

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

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει μεθυλο-2-προπανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+PH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CPH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει μεθυλο-2-νιτροπροπάνιο ((CH₃)₃CNO₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CNO_{2}+AgF}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται μεθυλο-2-φαινυλοβενζόλιο:

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

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει τριτοταγές βουτυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει τριτοταγές βουτυλομαγνησιοφθορίδιο :

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}(CH_{3})_{2}CMgF}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται μεθυλοπροπάνιο.:

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

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

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

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

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

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

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

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 3,3-διμεθυλο-1-φθορβουτάνιο ((CH₃)₃CCH₂CH₂F):

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

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 3,3-διμεθυλο-1-φθορο-1-βουτένιο ((CH₃)₃CCH=CHF):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH=CHF}$

3. Η αντίδραση του μεθυλο-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:

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

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 4,4-διμεθυλο-1-φθοορπεντάνιο:

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

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

$\mathrm {+(CH_{3})_{3}CF{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OC(CH_{3})_{3}}$

Αντίδραση απόσπασης

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

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

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CF+CH_{2}N_{2}{\xrightarrow {hv}}CH_{3}CH_{2}CF(CH_{3})_{2}+N_{2}\uparrow }$

• Προκύπτει πάντα ένα μόνο προϊόν. Συγκεκριμένα, αν χρησιμοποιηθεί μεθυλένιο παράγεται μόνο το 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.

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