Προπένιο

Προπένιο
προπένιο	προπένιο
προπένιο
Χημικό όνομα	Προπένιο
Συνώνυμα	Προπυλένιο
SMILES	C=CC
Αριθμός CAS	115-07-1
Αριθμός EC	204-062-1
Χημικός τύπος	C3H6
Ισομερές θέσης	κυκλοπροπάνιο
Συντακτικός τύπος	CH3CH=CH2
Δομικές ιδιότητες
Γωνίες δεσμών $C-{\hat {C}}-C$	120°
Γωνίες δεσμών $H-{\hat {C}}_{1}-H$	120°
Γωνίες δεσμών $H-{\hat {C}}_{2}-C_{1}$	120°
Γωνίες δεσμών $H-{\hat {C}}_{3}-H$	109° 28'
Πόλωση δεσμού H-C	3%
Μήκος δεσμού H-Csp3	109 pm
Μήκος δεσμού H-Csp2	99 pm
Μήκος δεσμού C=C (Csp2-Csp2)	134 pm
Μήκος δεσμού C-C (Csp3-Csp2)	144 pm
Διπολική ροπή	0,366 D
Φυσικές ιδιότητες
Εμφάνιση	Άχρωμο αέριο
Μοριακή μάζα	42,08 g/mol
Σημείο τήξης (1 atm)	-185,2°C (87,95 K)
Σημείο βρασμού (1 atm)	-47,6°C (225,55 K)
Ειδικό βάρος	0,609 (υγρό) (-47°C), 1,50 (αέριο)
Διαλυτότητα στο νερό	0,61 g/m3
Τάση ατμών	1158 kPa (25°C)
Ιξώδες	8.34 µPa·s στους 16,7 °C
Χημικές ιδιότητες
Ενέργεια τέλειας καύσης	1971 kJ/mole
Άλλες ιδιότητες
Προσδιορισμός κινδύνων	Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Σημείο ανάφλεξης	-107,8°C (165,35 K)
Θερμοκρασία αυτανάφλεξης	497,2°C (770,35 K)
Όρια εκρηκτικότητας	2,4 – 10,3 %κ.ο. (στον αέρα)
Φράσεις R/S	R: 12 S: 2,9,16,33
MSDS	-

Το προπένιο ή προπυλένιο ανήκει στην οικογένεια των ακόρεστων υδρογονανθράκων. Έχει χημικό τύπο CH₃CH=CH₂ και είναι το δεύτερο μέλος της ομόλογης σειράς των αλκενίων. Με βάση το συνοπτικό χημικό τύπο, C₃H₆, είναι ισομερές θέσης με το κυκλοπροπάνιο, από το οποίο διαφέρει πολύ στις ιδιότητες.

Το προπυλένιο στο χώρο

Το προπυλένιο είναι αέριο σε συνθήκες περιβάλλοντος, άχρωμο, άοσμο και εξαιρετικά εύφλεκτο. Στην εμπορική του μορφή είναι αναμεμειγμένο με ίχνη κάποιας χημικής ένωσης (συνήθως κάποια μερκαπτάνη), η οποία του δίνει χαρακτηριστική οσμή και έτσι το κάνει εύκολα ανιχνεύσιμο ακόμα και σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις.

Συνήθως μεταφέρεται και αποθηκεύεται σε υγρή μορφή υπό πίεση, γιατί καταλαμβάνει πολύ μικρότερο όγκο (1 μέρος υγρού δίνει 250 μέρη αερίου). Είναι πολύ λίγο διαλυτό στο νερό αλλά διαλύεται εύκολα στην αλκοόλη.

Παρασκευές

1. Βιομηχανικά παράγεται με απομόνωση προϊόντων του φυσικού αερίου, του πετρελαίου και πυρόλυσης προϊόντων αυτών. Πιο συγκεκριμένα:

1. Απομονώνεται ως παραπροϊόν της καταλυτικής πυρόλυσης του πετρελαίου κατά την παραγωγή βενζίνης.

2. Απομονώνεται ως παραπροϊόν της πυρόλυσης με ατμό υδρογονανθράκων κατά την παραγωγή του αιθυλενίου.

• Η καλύτερη πρώτη ύλη για την παραγωγή προπυλενίου είναι το προπάνιο, η νάφθα και το υγραέριο.

$2CH_{3}CH_{2}CH_{3}\xrightarrow {\triangle } CH_{3}CH=CH_{2}+CH_{2}=CH_{2}+CH_{4}+H_{2}$

2. Για εργαστηριακή κυρίως χρήση προσφέρονται οι παρακάτω χημικές μέθοδοι:

1. Αντιδράσεις απόσπασης:

1. Αφυδάτωση CH₃CH₂CH₂OH ή CH₃CH(OH)CH₃:

$CH_{3}CH_{2}CH_{2}OH{\xrightarrow[{170^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}O$
ή
$CH_{3}CH(OH)CH_{3}{\xrightarrow[{170^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}O$

2. Αφυδραλογόνωση προπυλο- ή ισοπροπυλοαλογονιδίου:

CH₃CH₂CH₂X + NaOH → CH₃CH=CH₂ + NaX + H₂O
ή
CH₃CHXCH₃ + NaOH → CH₃CH=CH₂ + NaX + H₂O

3. Απαλογόνωση 1,2-διαλογονοπροπανίου:

CH₃CHXCH₂X + Mg → CH₃CH=CH₂ + MgX₂
ή
$CH_{3}CHXCH_{2}X+2NaI\xrightarrow {CH_{3}COCH_{3}} CH_{3}CH=CH_{2}+I_{2}+2NaX$

2. Αντιδράσεις μερικής υδρογόνωσης περισσότερο ακόρεστων υδρογονανθράκων με 3 άτομα C:

1. Μερική υδρογόνωση CH₃C≡CH:

$CH_{3}C\equiv CH+H_{2}\xrightarrow {Ni} CH_{3}CH=CH_{2}$

2. Μερική υδρογόνωση CH₂=C=CH₂

$CH_{2}=C=CH_{2}+H_{2}\xrightarrow {Ni} CH_{3}CH=CH_{2}$

3. Αντίδραση παρεμβολής μεθυλενίου σε αιθένιο:

$CH_{2}=CH_{2}+CH_{3}Cl+KOH\xrightarrow {} KCl+H_{2}O+{\frac {4}{5}}ViMe+{\frac {1}{5}}$

Χημικές ιδιότητες

Τέλεια καύση

CH₃CH=CH₂ +${\frac {9}{2}}$Ο₂ → 3CO₂ + 3H₂O + 1971 kJ

Πολυμερισμός

1. Η σημαντικότερη (βιομηχανικά) αντίδραση του προπενίου είναι ο πολυμερισμός του προς πολυπροπυλένιο (βλ. χρήσεις):

$CH_{3}CH=CH_{2}{\xrightarrow[{}]{+H^{+}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}^{+}...$

• Προκύπτουν διάφορα πολυπροπυλένια με αριθμό ατόμων C της τάξης του 10³ - 10⁶, με ποικίλλες ειδιότητες ανάλογα με το βαθμό πολυμερισμού.

2. Φωτοχημικός διμερισμός προς 1,2-διμεθυλοκυκλοβουτάνιο:

$2CH_{3}CH=CH_{2}\xrightarrow {hv}$

Αντιδράσεις προσθήκης στο διπλό δεσμό

Μια μεγάλη ποικιλία προϊόντων μπορεί να παρασκευαστεί βιομηχανικά ή εργαστηριακά με αντιδράσεις προσθήκης στο διπλό δεσμό του:
1. Καταλυτική προσθήκη H₂. Παράγεται προπάνιο:

$CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}\xrightarrow {Ni} CH_{3}CH_{2}CH_{3}$

2. Προσθήκη υδραλογόνου (ΗΧ). Παραγεται ισοπροπυλοαλογονίδιο:

CH₃CH=CH₂ + HX → CH₃CHXCH₃

3. Προσθήκη αλογόνου (X₂). Παράγεται 1,2-διαλογονοπροπάνιο:

$CH_{3}CH=CH_{2}+X_{2}\xrightarrow {CCl_{4}} CH_{3}CHXCH_{2}X$

4. Προσθήκη υποαλογονώδους οξέος (ΗΟΧ). Παράγεται 1-αλογονοπροπανόλη-2:

CH₃CH=CH₂ + ΗΟΧ → CH₃CH(OH)CH₂X

5. Προσθήκη θειικού οξέος. Παράγεται προπανοσουλφονικό οξύ-2.

CH₃CH=CH₂ + Η₂SO₄ → CH₃CH(SO₃H)CH₃

6. Προσθήκη νερού (ενυδάτωση). Παράγεται προπανόλη-2:

$CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}SO_{4}\xrightarrow {} CH_{3}CH(SO_{3}H)CH_{3}\xrightarrow {+H_{2}O} CH_{3}CH(OH)CH_{3}+H_{2}SO_{4}$

7. Προσθήκη βορανίου. Παράγεται προπυλοβοράνιο-1:

CH₃CH=CH₂ + ΒΗ₃ → CH₃CH₂CH₂BH₂

8. Επίδραση αρ. KMnO₄ (ισοδυναμεί με προσθήκη H₂O₂ και είναι επίσης εφικτή με χρήση, εναλλακτικά, μίγματος H₂O₂ και καρβονικού οξέος). Παράγεται προπανοδιόλη-1,2:

$CH_{3}CH=CH_{2}\xrightarrow {\alpha \rho .KMnO_{4}} CH_{3}CH{\begin{pmatrix}OH\end{pmatrix}}CH_{2}OH$
ή
$CH_{3}CH=CH_{2}{\xrightarrow[{RCOOH}]{H_{2}O_{2}}}CH_{3}CH{\begin{pmatrix}OH\end{pmatrix}}CH_{2}OH$

9. Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου για παρασκευή μεθυλοοξιρανίου:

$CH_{3}CH=CH_{2}+{\frac {1}{2}}O_{2}{\xrightarrow[{1-2MPa,\;280^{o}C}]{Ag}}$

10. Προσθήκη αλκυκλαλογονιδίου (RX):

$CH_{3}CH=CH_{2}+RX\xrightarrow {} CH_{3}CHXCH_{2}R$

Αντιδράσεις αλλυλικών παραγώγων

Αλλυλική αλογόνωση:

1. Χλωρίωση - Παράγεται 3-χλωροπροπένιο:

$CH_{3}CH=CH_{2}+Cl_{2}\xrightarrow {600^{o}\;C} ClCH_{2}CH=CH_{2}+HCl$

΄

• Εναλλακτική μέθοδος:

$CH_{3}CH=CH_{2}+SO_{2}Cl_{2}\xrightarrow {} ClCH_{2}CH=CH_{2}+HCl+SO_{2}$

΄

2. Βρωμίωση - Παράγεται 3-βρωμοπροπένιο:

N-βρωμοσουκινιμίδιο $+CH_{3}CH=CH_{2}\xrightarrow {} BrCH_{2}CH=CH_{2}+$ σουκινιμίδιο

΄

Παρεμβολή - προσθήκη καρβενίων

10. Παράδειγμα: Προσθήκη μεθιυλενίου: ([:CH₂]) (προκύπτει από CH₃Cl + KOH). Σχηματίζεται μεθυλοκυκλοπροπάνιο:

$CH_{3}CH=CH_{2}+CH_{3}Cl+KOH\xrightarrow {} KCl+H_{2}O{\frac {3}{7}}CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}+{\frac {2}{7}}CH_{3}CH=CHCH_{3}+{\frac {1}{7}}(CH_{3})_{2}C=CH_{2}+{\frac {1}{7}}$ Μεθυλοκυκλοπροπάνιο

• Αν θέλουμε αποκλειστικά μεθυλοκυκλοπροπάνιο χρησιμοποιούμε την ακόλουθη αντίδραση:

$CH_{3}CH=CH_{2}+CH_{2}I_{2}+Zn\xrightarrow {Cu} ZnI_{2}+$Μεθυλοκυκλοπροπάνιο

Χρήσεις

Xρησιμοποιείται κυρίως ως πρώτη ύλη για την παραγωγή πλαστικών (πολυπροπυλενίου).

Περισσότερο από το 60% της παγκόσμιας παραγωγής προπυλενίου χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολυπροπυλενίου, ένα ευρείας χρήσεως πλαστικό, στη καθημερινή μας ζωή.
Επίσης χρησιμοποιείται στην παρασκευή του ακρυλονιτριλίου (από το οποίο παίρνουμε ακρυλικές ίνες), του προπυλενοξειδίου (που χρησιμοποιείται στην παρασκευή ρητινών πολυουρεθάνης και άλλων χημικών), του κουμενίου (από το οποίο παράγονται εποξειδικές ρητίνες, ακετόνη) και της ισοπροπυλικής αλκοόλης (που χρησιμοποιείται ως διαλύτης).
Έτσι το προπυλένιο αποτελεί βασική πρώτη ύλη για την παρασκευή μιας πλειάδας προϊόντων όπως είναι για παράδειγμα: προβολείς των αυτοκινήτων, συνθετικά χαλιά, οπτικοί δίσκοι (CD), συσκευασίες και μεμβράνες τροφίμων, μονώσεις, παράθυρα ασφαλείας (αλεξίσφαιρα), μαγειρικά σκεύη, χρώματα και προστατευτικά τοίχων, συνθετικές ίνες για ρούχα και κουβέρτες και άλλα.

Ασφάλεια - Υγεία

Το προπυλένιο είναι ένα εξαιρετικά εύφλεκτο αέριο το οποίο πρέπει να αποθηκεύεται σε καλά αεριζόμενο μέρος και μακριά από πηγές ανάφλεξης.
Είναι αέριο βαρύτερο του αέρα και σε περίπτωση διαρροής χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή γιατί μπορεί να δημιουργήσει εκρηκτικές ατμόσφαιρες με αυτόν.

Πηγές

• Πληροφορίες για το προπυλένιο στη ιστοσελίδα της Shell.
• Η σελίδα της Ε.Ε. για την ταξινόμηση και την επισήμανση των επικίνδυνων ουσιών</
• Τοξικολογική εκτίμηση προπυλενίου.
• Μέθοδοι παραγωγής προπυλενίου.
• Occupational Safety and Health Information.
• Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
• 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
• Το προπένιο στην αγγλική έκδοση της Βικιπαίδειας.
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982