2,2-διμεθυλοβουτάνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση
2,2-διμεθυλοβουτάνιο
2,2-dimethylbutane.svg
2,2-Dimethylbutane-3D-balls.png
2,2-Dimethylbutane-3D-spacefill.png
Γενικά
Όνομα IUPAC 2,2-διμεθυλοβουτάνιο
Άλλες ονομασίες Νεοεξάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C6H14
Μοριακή μάζα 86,18 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
(CΗ3)3C
Συντομογραφίες NpMe, tBuEt
Αριθμός CAS 75-83-2
SMILES CC(C)(C)CC
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 4
εξάνιο
2-μεθυλοπεντάνιο
3-μεθυλοπεντάνιο
2,3-διμεθυλοβουτάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -98,8 °C
Σημείο βρασμού 49,73 °C
Πυκνότητα 791 kg/m3
Εμφάνιση Άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Βαθμός οκτανίου 93,4
Βαθμός κετανίου 24,4
Ενθαλπία
σχηματισμού
-44,5 kJ/mole
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg Hazard X.svg Hazard N.svg
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+), Επιβλαβές (Xn), Τοξικό για τους υδρόβιους οργανισμούς (N)
Φράσεις κινδύνου 12, 51/53, 65, 66, 67
Φράσεις ασφαλείας 2, 9, 16, 29, 33, 61, 62
MSDS Σύνδεσμος MSDS
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704

NFPA 704.svg

3
1
0
 
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Το 2,2-διμεθυλοβουτάνιο ή νεοεξάνιο είναι ένα αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας, με μοριακό τύπο C6H14 και σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)3CCH2CH3. Αποτελεί συστατικό του αργού πετρελαίου και ιδιαίτερα της βενζίνης, μετά από πυρόλυση. Η ποιότητά του ως καύσιμο βενζινοκινητήρων είναι μέτρια, αφού έχει αριθμό οκτανίου 93,4. Ως καύσιμο ντίζελ είναι ακόμη χειρότερο, με αριθμό κετανίου 24,4.

Ονοματολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ονομασία «διμεθυλοβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «διμεθυλο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) όμοιων διακλαδώσεων και τα δυο («δι-») ενός (1) ατόμου άνθρακα («-μεθυλο-») και συγκεκριμένα και οι δυο στο άτομο άνθρακα #2, όπως δηλώνουν οι αρχικοί αριθμοί θέσης («2,2-»), το τμήμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα στην κύρια ανθρακική 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 διαθέτουν χαρακτηριστικές καταλήξεις.

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μόριό του αποτελείται από έξι (6) άτομα άνθρακα [τέσσερα (4) πρωτοταγή[1], ένα (1) δευτεροταγές[2] και ένα (1) τεταρτογενές[3]], που πλαισιώνονται δεκατέσσερα (14) άτομα υδρογόνου.

Δεσμοί[4]
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
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
C#1,#4,#1',#1" -0,09
C#3 -0,06
C#2 0,00
H +0,03

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Απομονώνεται από το πετρέλαιο.
  2. Απομονώνεται από μείγματα που προκύπτουν από πυρόλυση βαρύτερων προϊόντων διύλισης πετρελαίου ή πολυμερών υδρογονανθράκων.

Παρασκευή με αντιδράσεις σύνθεσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Δομικά το 2,2-διμεθυλοβουτάνιο αποτελείται από δυο τμήματα: α) το τριτοταγές βουτύλιο [(CH3)3C-] και β) το αιθύλιο (CH3CH2-). Επομένως, η απλούστερη μέθοδος σύνθεσης καθαρού 2,2-διμεθυλοβουτάνιου είναι η αντίδραση αντίστοιχων ζευγών αλκυλαλογονιδίου-αλκυλολιθίου. Δηλαδή[5]:


ή

όπου X οποιοδήποτε αλογόνο, αλλά συνήθως χρησιμοποιείται το βρώμιο (Br).

2. Αν επιχειρηθεί η ανάλογη αντίδραση Βουρτζ (Wurtz) το αποτέλεσμα είναι ένα μείγμα προϊόντων, λόγω των ακόλουθων δύο (2) ανταγωνιστικών αντιδράσεων[6]:

  • Οι ρίζες των τριτοταγών βουτυλίων δεν ενώνονται μεταξύ τους λόγω στερεοχημικής παρεμπόδισης[7].
  • Η αντίδραση είναι συγκριτικά ασύμφορη σε σχέση με την προηγούμενη, αλλά τα προϊόντα αυτά διαχωρίζονται σχετικά εύκολα, με απόσταξη. Το βαρύτερο είναι το ζητούμενο (εδώ) νεοεξάνιο με σ.ζ.: 49,73 °C ενώ του βουτανίου με σ.ζ.: -0,5 °C.

Παραγωγή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή μήκους ανθρακικής αλυσίδας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ[8]:


ή

ή

2. Με LiAlH4 ή NaBH4[9]:


ή

ή

3. Με αναγωγή αντίστοιχων ιωδαλκανίων με υδροϊώδιο[10]:


ή

ή

4. Με αναγωγή από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται 2,2-διμεθυλοβουτάνιo[11]:


ή

ή

5. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.[12]:


ή

ή

6. Με αναγωγή από μέταλλα και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων:

1. Με χρήση Li[13]:



ή


ή

2. Με χρήση Mg[14]:


ή

ή

Με υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Από 3,3-διμεθυλοβουτένιο[15]:

2. Από διμεθυλοβουτίνιο[16]:

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αναγωγή κατάλληλων αλδεϋδών - Αντίδραση Βολφ-Κίσνερ (Wolf-Kishner)[17]:

1. Από 2,2-διμεθυλοβουτανάλη:

2. Από 3,3-διμεθυλοβουτανάλη:

2. Με αναγωγή κατάλληλων κετονών - Αντίδραση Κλεμμενσέν (Clemmensen)[18]:

1. Από διμεθυλοβουτανόνη:

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών μπορεί να παραχθεί 2,2-διμεθυλοβουτάνιο. Π.χ. από την αναγωγή της 3,3-διμεθυλοβουτανοθειόλης (μέθοδος Raney)[19]:

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειαιθέρων μπορεί να παραχθεί 2,2-διμεθυλοβουτάνιο. Π.χ. από την αναγωγή του δι(3,3-διμεθυλοβουτυλο)θειαιθέρα (μέθοδος Raney)[19]:

Παρασκευή με αντιδράσεις αποσύνθεσης, δηλαδή με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]


ή

ή

Φυσικές ιδιότητες και ισομερή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νεοεξάνιο είναι άχρωμο υγρό με ελαφριά χαρακτηριστική οσμή. Ανήκει στην οικογένεια των αλκανίων και μάλιστα είναι ένα από τα μέλη που διατηρεί την εμπειρική του ονομασία ανεξάρτητα από τους κανόνες ονοματολογίας.

Με βάση το χημικό τύπο του προκύπτει ότι η ένωση σχηματίζει τέσσερα (4) ισομερή και συγκεκριμένα τα ακόλουθα:

  1. Εξάνιο: CH3(CH2)4CH3
  2. 2-μεθυλοβουτάνιο (ισοεξάνιο):(CH3)2CHCH2CH2CH3
  3. 3-μεθυλοπεντάνιο: CH3CH2CH(CH3)CH2CH3
  4. 2,3-διμεθυλοβουτάνιο: (CH3)2CHCH(CH3)2
Συντακτικός τύποςΔομή Όνομα IUPAC(ελληνική μορφή)

Όνομα

ΜοριακόΒάρος Σημείο ζέσεως(°C, 1 atm) Βαθμός οκτανίου Βαθμός κετανίου
<figure-inline>Hexane-2D-Skeletal.svg</figure-inline> κ-εξάνιο

εξάνιο

86,18 69 26 42
ισοεξάνιο 2-μεθυλοπεντάνιο

ισοεξάνιο

58,12 60 73,5 23
3-μεθυλοπεντάνιο 3-μεθυλοπεντάνιο 58,12 64 74,3 30
νεοεξάνιο 2,2-διμεθυλοβουτάνιο

νεοεξάνιο

58,12 49,73 93,4 24,4
<figure-inline><img resource="./Αρχείο:2,3-diméthylbutane.png" src="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/08/2%2C3-dim%C3%A9thylbutane.png/100px-2%2C3-dim%C3%A9thylbutane.png" data-file-width="124" data-file-height="86" data-file-type="bitmap" srcset="//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/2%2C3-dim%C3%A9thylbutane.png 2x, //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/2%2C3-dim%C3%A9thylbutane.png 1.5x" width="100" height="69" /></figure-inline> 2,3-διμεθυλοβουτάνιο 58,12 57,9 94,3

Χημικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οξείδωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Τέλεια καύση: Όπως όλα τα αλκάνια, το νεοεξάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό[21]:

  • Αν και η αντίδραση είναι έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C[22], των δεσμών C-H[23] και των δεσμών (Ο=Ο)[24] του O2:

2. Παραγωγή υδραερίου:

3. Καταλυτική οξείδωση κυρίως προς διμεθυλοβουτανόνη:

Αλογόνωση [25][Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
  • όπου 0<a,b,c<1, a+b+c = 1, διαφέρει ανάλογα με το αλογόνο:
  • Τα F και Cl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Το φθόριο είναι επικίνδυνα δραστικό και γι' αυτό η χρήση του γενικά αποφεύγεται. Αν χρησιμοποιηθεί συνήθως καταλήγει σε γενική ανάφλεξη που οδηγεί σε μείγματα φθορανθράκων (όπως ο τετραφθοράνθρακας, CF4) και όχι απλώς αντικατάσταση ατόμων υδρογόνου από άτομα φθορίου. Έτσι, αν είναι επιθυμητή η παραγωγή μονοφθοροπαραγώγων, προτιμάται πρώτα χλωρίωση ή βρωμίωση και στη συνέχεια υποκατάσταση του άλλου αλογόνου από φθόριο, συνήθως με χρήση αλάτων όπως ο φθοριούχος υφυδράργυρος (Hg2F2) ή ο φθοριούχος άργυρος (AgF). Για το χλώριο, η αναλογία των χλωριδίων εξαρτάται σημαντικά από τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H:
Δηλαδή το μείγμα που προκύπτει είναι: 2,2-διμεθυλοχλωροβουτάνιο [9/(9+7,6+6) =] 39,8%, 3,3-διμεθυλο-2-χλωροβουτάνιο = [7,6/(9+7,6+6) =] 33,6%, 3,3-διμεθυλο-1-χλωροβουτάνιο [6/(9+7,6+6)=] 26,5%.
  • Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των αλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος του 2-αλο-3,3-διμεθυλοβουτάνιου που έχει το X σε δευτεροταγές άτομο C (άτομο C που συνδέεται με άλλα 2 άτομα C). Ειδικά για το βρώμιο θα έχουμε:
Δηλαδή το μείγμα που προκύπτει είναι: βρωμο-2,2-διμεθυλοβουτάνιο [9/(9+164+6)=]5%, 2-βρωμο-3,3-διμεθυλοβουτάνιο [164/(9+164+6)=] 91,6%, 1-βρωμο-3,3-διμεθυλοβουτάνιο [6/(9+164+6)=] 3,3%.
Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του CH3CH2C(CH3)3:
1. Έναρξη: Παράγονται ελεύθερες ρίζες.

2. Διάδοση: Καταναλώνονται οι παλιές ελεύθερες ρίζες, σχηματίζοντας νέες.

[26]



3. Τερματισμός: Καταναλώνονται μεταξύ τους οι ελεύθερες ρίζες, κατά τη στατιστικά σπάνια περίπτωση της συνάντησής τους.








  • Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή μονοααλογονιδίων.
  • Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες CH3CH2C(CH3)3 και Χ2 θα παραχθεί μείγμα όλων των αλογονοπαραγώγων του CH3CH2C(CH3)3.
  • Αν όμως χρησιμοποιηθεί περίσσεια CH3CH2C(CH3)3, τότε η απόδοση των μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντησης CH3CH2C(CH3)3 με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντησης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.

Παρεμβολή καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;
  1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C#4H2-H : 3
  2. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς CH-H: 2
  3. Παρεμβολή στους εννέα (9) δεσμούς C#1,#1',#1"H2-H: 9: 9

Προκύπτει επομένως μείγμα 3,3-διμεθυλοπεντάνιου (~64%), 2,2-διμεθυλοπεντάνιου (~21%) και τριμεθυλοβουτάνιου (-14%).

Νίτρωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Αντιδρά με ατμούς HNO3 στην αέρια φάση[28]:

όπου 0<a,b,c<1, a + b + c = 1.

Καταλυτική ισομερείωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τo 2,2-διμεθυλοβουτάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς εξάνιο, 2-μεθυλοπεντάνιο, 3-μεθυλοπεντάνιο και 2,3-διμεθυλοβουτάνιο:

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Είναι συστατικό της βενζίνης, που χρησιμοποιείται ως καύσιμο και διαλυτικό.
  • Πρώτη ύλη συνθέσεων, μέσω των αλογονοπαραγώγων του.

Aναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Άτομο C ενωμένο με ένα (1) άλλο άτομο C.
  2. Άτομο C ενωμένο με δύο (2) άλλα άτομα C.
  3. Άτομο C ενωμένο με τέσσερα (4) άλλα άτομα C.
  4. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.5
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2β, R = CH3CH2, R' = (CH3)3CH
  7. «Στερεοχημική παρεμπόδιση» ονομάζεται το φαινόμενο της μη πραγματοποίησης αντίδρασης για στερεοχημικούς λόγους, δηλαδή όταν σχετικά ογκώδεις μη ενεργές ομάδες εμποδίζουν τα ενεργά κέντρα να πλησιάσουν αρκετά μεταξύ τους ώστε να πραγματοποιηθεί η αντίδραση
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.1β., με R = (CH3)3CCH2CH2 ή (CH3)3CCHCH3 ή CH2C(CH3)2CH2CH3
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, §6.2.1α., με R = (CH3)3CCH2CH2 ή (CH3)3CCHCH3 ή CH2C(CH3)2CH2CH3
  10. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.14, §1.1
  11. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
  12. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.
  13. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.80-82, §5.1-5.2
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.4α., με R = (CH3)3CCH2CH2 ή (CH3)3CCHCH3 ή CH2C(CH3)2CH2CH3
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.5.
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.4α.
  17. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.6β.
  18. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.6α, R = CH3, R' = (CH3)3C
  19. 19,0 19,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.269, §11.6B7.
  20. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.3α., με R = CH3CH2(CH3)CH2 ή CH3(CH3)CH2CH2 ή (CH3)3CCH(CH3)
  21. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.1, v = 6 και μετατροπή μονάδας ενέργειας σε kJ.
  22. ΔHC-C= +347 kJ/mol
  23. ΔHC-H = +415 kJ/mol
  24. ΔHO-O=+146 kJ/mol
  25. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.1β., με R = (CH3)3CCH2CH2 ή CH2C(CH3)2H2CH3 ή (CH3)3CCHCH3
  26. καθοριστικό ταχύτητας
  27. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3, R = (CH3)3CCH2CH2 ή CH2C(CH3)2H2CH3 ή (CH3)3CCHCH3.
  28. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244 , §10.3.2, R = (CH3)3CCH2CH2 ή CH2C(CH3)2H2CH3 ή (CH3)3CCHCH3

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • 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
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα 2,2-Dimethylbutane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).