1-φθοροπροπάνιο

1-φθοροπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	1-φθοροπροπάνιο
Άλλες ονομασίες	1-προπυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C3H7F
Μοριακή μάζα	62,0867 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CH2F
Συντομογραφίες	PrF HFC-281 R-281
Αριθμός CAS	460-13-9
SMILES	CCCF
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	1 2-φθοροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-159 °C
Σημείο βρασμού	-3 °C
Κρίσιμη θερμοκρασία	152 °C
Κρίσιμη πίεση	4.160 kPa
Εμφάνιση	Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
LD50	300 mg/kg
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To 1-φθοροπροπάνιο είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και φθόριο, με μοριακό τύπο C₃H₇F, αλλά συχνά αποδίδεται με τον ημισυντακτικό τύπο CH₃CH₂CH₂F. Με βάση το σύστημα κωδικής ονομασίας που ξεκίνησε με τους φθοροχλωράνθρακες έχει τον κωδικό HFC-281 ή R-281. Ανήκει στα αλκυλαλογονίδια, δηλαδή στα άκυκλα κορεσμένα οργανομονοαλογονίδια. Το χημικά καθαρό 1-φθοροπροπάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και υπό 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 2-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 «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.

Ο κωδικός HFC-281 παράγεται ως εξής: Το HFC προέρχεται από την αγγλόφωνη λέξη HydroFluoroCarbon. Το πρώτο ψηφίο (2) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 2+1 = 3 άτομα άνθρακα (ανά μόριο). Το δεύτερο ψηφίο (8) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 8 - 1 = 7 άτομα υδρογόνου. Και, τέλος, το τελευταίο ψηφίο (1), σημαίνει ότι η ένωση περιέχει ένα (1) άτομο φθορίου.

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	-0,09
C#2	-0,06

Παραγωγή

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 1-προπανόλη (CH₃CH₂CH₂OH):

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

• 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 1-χλωροπροπάνιο (CH₃CH₂CH₂Cl):

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

Με προσθήκη φθορομεθανίου σε αιθένιο

Με προσθήκη φθορομεθάνιου σε αιθένιο παράγεται 1-φθοροπροπάνιο:

$\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+CH_{3}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}F}$

Με προσθήκη υδραλογόνου σε κυκλοπροπάνιο

Με προσθήκη υδροφθορίου (ΗF) σε κυκλοπροπάνιο παράγεται 1-φθοροπροπάνιο:

$\mathrm {+HF{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}F}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Υποκατάσταση από χλώριο

Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου σε 1-φθοροπροπάνιο παράγεται 1-χλωροπροπάνιο:

$\mathrm {2CH_{3}CH_{2}CH_{2}F+CaCl_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}CH_{2}Cl+CaF_{2}\downarrow }$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται προπυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {AlF_{3}}}PhCH_{2}CH_{2}CH_{3}+HF}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει προπυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει προπυλομαγνησιοφθορίδιο:

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

Περιφθορίωση

Το 1-φθοροπροπάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) οκταφθοροπροπάνιο:

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

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται προπάνιο.:

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

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

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

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

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

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

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

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 1-φθοροπεντάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂F):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}F+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-φθορο-1-πεντένιο (CH₃CH₂CH₂CH=CHF):

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

3. Η αντίδραση του 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:

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

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

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

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

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}CH_{3}}$

Αντίδραση απόσπασης

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

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

Παρεμβολή καρβενίων

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

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

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

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

2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#2H-H: 2. Παράγεται μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο.

3. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#1H-H: 2. Παράγεται 2-φθοροβουτάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 1-φθοροβουτάνιου ~42%, μεθυλο-1-φθοροπροπάνιου ~29,5% και 2-φθοροβουτάνιου ~29,5%.

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