Η ονομασία «μεθυλοβουτάνιο» από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «μεθυλο-»[3] δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης ενός (1) ατόμου άνθρακα, το τμήμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα στην κύρια ανθρακική αλυσλιδα 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, δηλαδή ότι είναι υδρογονάνθρακας. Η χρήση του αριθμού θέσης (2-) της διακλάδωσης αποτελεί πλεονασμό, αφού δεν υπάρχει άλλο διακριτό μεθυλοβουτάνιο για να υπάρχει κίνδυνος σύγχισης.
Το μόριό του αποτελείται από πέντε (5) άτομαάνθρακα (τρία (3) πρωτοταγή[4], ένα (1) δευτεροταγές[5] και ένα (1) τριτοταγές[6]), καθώς και από δωδεκα (12) άτομα υδρογόνου. Οι δεσμοί C-H που σχηματίζονται είναι ελαφρά πολωμένοι (~3%) ομοιοπολικοίτύπου σ (2sp³-1s), με μήκος 108,7 pm. Οι δεσμοί C-C είναι ομοιοπολικοί τύπου σ (2sp³-2sp³), με μήκος 154 pm. Οι δε δεσμικές γωνίες είναι περίπου 109° 28΄.
Απομονώνεται από μείγματα που προκύπτουν από πυρόλυση βαρύτερων προϊόντων διύλισης αργού πετρελαίου ή και πολυμερών υδρογονανθράκων.
Παραγωγή με αντιδράσεις σύνθεσης: Από πρώτες ύλες με μικρότερη ανθρακική αλυσίδα
1. Δομικά το ισοπεντάνιο αποτελείται από δυο μέρη: ισοπροπύλιο (CH3CHCH3) και αιθύλιο (CH3CH2). Επομένως, ο απλούστερος τρόπος παρασκευής καθαρού ισοπεντανίου είναι η αντίδραση ζεύγους ισοπροπυλαλογονιδίου - αιθυλολιθίου ή ισοπροπυλολιθίου - αιθυλαλογονιδίου[8]:
ή
2. Αν επιχειρηθεί η ανάλογη αντίδραση Würtz το αποτέλεσμα είναι ένα μείγμα προϊόντων[9]:
Η αντίδραση είναι ασύμφορη σε σχέση με την προηγούμενη, αλλά τα προϊόντα αυτά διαχωρίζονται σχετικά εύκολα: Το βαρύτερο, το 2,5-διμεθυλοεξάνιο είναι υγρό (σ.ζ.: 108°C) στις ΚΣΠ[10] Το ζητούμενο (εδώ) ισοπεντάνιο είναι επίσης υγρό, αλλά πολύ πιο πτητικό (σ.ζ.: 28°C) και το βουτάνιο είναι αέριο εύκολα υγροποιήσιμο με σχετικά μικρή ψύξη ή και με συμπίεση (σ.ζ.: -0,5°C).
Παρασκευή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας
1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών μπορεί να παραχθεί μεθυλοβουτάνιο. Π.χ. από την αναγωγή της 2-μεθυλο-1-βουτανοθειόλης (μέθοδος Raney)[23]:
2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειαιθερών μπορεί να παραχθεί μεθυλοβουτάνιο. Π.χ. από την αναγωγή του δι(2-μεθυλοβουτυλο)θειαιθέρα (μέθοδος Raney)[23]:
Παρασκευή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας
Με τη θέρμανση αΛκαλικού διαλύματος 3-μεθυλοπεντανικού οξέος [CH3CH2CH(CH3)CH2COOH] ή [2,2-διμεθυλοβουτανικού οξέος [CH3CH2C(CH3)2COOH] ή 2,3-διμεθυλοβουτανικού οξέος [CH3CH(CH3)CΗ(CH3)COOH] ή 4-μεθυλοπεντανικό οξέος [CH3CH(CH3)CΗ2CΗ2COOH][24]:
ή ή ή
Το ισοπεντάνιο είναι άχρωμο και πολύ πτητικό υγρό με ελαφριά ευχάριστη οσμή. Ανήκει στην οικογένεια των αλκανίων και μάλιστα είναι ένα από τα μέλη που διατηρεί την εμπειρική του ονομασία ανεξάρτητα από τους κανόνες ονοματολογίας.
Είναι μία από τις τρεις ισομερείς μορφές του πεντανίου: το (κανονικό) n-πεντάνιο (CH3-(CH2)3-CH3) που είναι ένας γραμμικός υδρογονάνθρακας, το ισοπεντάνιο ή μεθυλο-βουτάνιο (CH-(CH3)2-CH2-CH3) και το νεοπεντάνιο ή διμεθυλο-προπάνιο (C-(CH3)4). Τα ισομερή αυτά παρόλο που έχουν ίδιο χημικό τύπο και μοριακό βάρος, έχουν διαφορετικές δομές και διαφορετικές ιδιότητες.
Αναμιγνύεται πλήρως με υδρογονάνθρακες, και αιθέρες αλλά είναι αδιάλυτος στο νερό.
Συντακτικός τύπος Δομή
Όνομα IUPAC (ελληνική μορφή) Όνομα
Μοριακό Βάρος
Σημείο ζέσεως (°C, 1 atm)
Κρίσιμη πίεση (atm)
Κρίσιμη Θερμοκρασία (°C)
κ-πεντάνιο
72,149
36,06
33,25
196,50
2-μεθυλοβουτάνιο
72,149
27,84
33,37
187,24
2,2-διμεθυλοπροπάνιο
72,149
9,50
31,57
160,60
Οξείδωση
1. Όπως όλα τα αλκάνια, το ισοπεντάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό[25]:
Αν και η αντίδραση είναι μια έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το ενεργειακό εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C[26], των δεσμών C-H[27] και των δεσμών (Ο=Ο)[28] του O2:
2. Παραγωγή υδραερίου:
3. Καταλυτική οξείδωση κυρίως προς 2-μεθυλο-2-βουτανόλη
4. Το μεθυλοβουτάνιο οξειδώνεται από το διοξιράνιο, παράγοντας (κυρίως) 2-μεθυλο-2-βουτανόλη:
όπου 0<a,b,c,d<1, a + b + c + d = 0, διαφέρουν ανάλογα με το αλογόνο:
Τα F και Cl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Η αναλογία των προπυλαλογονιδίων τους εξαρτάται κυρίως πό τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H. Ειδικά για το χλώριο θα έχουμε:
3-μεθυλοβουτυλοχλωρίδιο-1: 3·1 = 3.
3-μεθυλοβουτυλοχλωρίδιο-2: 2·3,8 = 7,6.
2-μεθυλοβουτυλοχλωρίδιο-2: 1·5 = 5.
2-μεθυλοβουτυλοχλωρίδιο-1: 6·1 = 6.
Δηλαδή το μείγμα που προκύπτει είναι: 13,9% 3-μεθυλοβουτυλοχλωρίδιο-1, 35,2% 3-μεθυλοβουτυλοχλωρίδιο-2, 23,1% 2-μεθυλοβουτυλοχλωρίδιο-2 και 27,8% 2-μεθυλοβουτυλοχλωρίδιο-1.
Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των πεντυλαλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος του τριτοταγούς (αυτού που το αλογόνο συνδέεται με τριτοταγές άτομο C, δηλαδή ατόμου C ενωμένου με 3 άλλα άτομα C) 2-μεθυλοβουτυλοαλογονιδίου-2. Ειδικα για το βρώμιο θα έχουμε:
3-μεθυλοβουτυλοβρωμίδιο-1: 3·1 = 3.
3-μεθυλοβουτυλοβρωμίδιο-2: 2·82 = 164.
2-μεθυλοβουτυλοβρωμίδιο-2: 1·1600 = 1600.
2-μεθυλοβουτυλοβρωμίδιο-1: 6·1 = 6.
Δηλαδή το μείγμα που προκύπτει είναι: 0,2% 3-μεθυλοβουτυλοβρωμίδιο-1, 9,2% 3-μεθυλοβουτυλοβρωμίδιο-2, 90,2% 2-μεθυλοβουτυλοβρωμίδιο-2 και 0,3% 2-μεθυλοβουτυλοβρωμίδιο-1.
Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του CH3CH2CH(CH3)2:
Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή μονοααλογονιδίων.
Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες CH3CH2CH(CH3)2 και Χ2 θα παραχθεί μείγμα όλων των αλογονοπαραγώγων του CH3CH2CH(CH3)2.
Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια CH3CH2CH(CH3)2, τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης CH3CH2CH(CH3)2 με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντισης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.
Περιφθορίωση
Το μεθυλοβουτάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου, παράγοντας έτσι εννεαφθορο(τριφθορομεθυλο)βουτάνιο[32]:
Παρεμβολή καρβενίων
Τα καρβένια (π.χ. [:CH2]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμε[33]:
Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;
Παρεμβολή στους (τρεις) (3) δεσμούς C#1H2-H: Παράγεται 2-μεθυλοπεντάνιο.
Το μεθυλοβουτάνιο μπορεί να δώσει αντιδράσεις προσθήκης σε πολλαπλούς δεσμούς κατά την έννοια (CH3)2Cδ-(CH2CH3)-Hδ+. Π.χ.[35]:
Καταλυτική ισομερείωση
Το ισοπεντάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς πεντάνιο ή νεοπεντάνιο:
Το ισοπεντάνιο χρησιμοποιείται κυρίως ως διαλύτης και ενδιάμεση ένωση στη χημική βιομηχανία.
Σε μείγματα με n-πεντάνιο χρησιμοποιείται στην παραγωγή διογκωμένου πολυστυρενίου, αλλά και ως προωθητικό ψεκασμού για τα αεροζόλ. Επίσης ως οικολογικό διογκωτικό αέριο της πολυουρεθάνης μαζί με το κυκλοπεντάνιο έχει αντικαταστήσει τα παλαιότερα διογκωτικά αέρια R-11 (τριχλωροφθορομεθάνιο, CCl3F) και R-141b (1,1-διχλωρο-1-φθοραιθάνιο, CH3CCl2F) στους θαλάμους φορτηγών-ψυγείων.
Το ισοπεντάνιο είναι ένα εξαιρετικά εύφλεκτο και πτητικό υλικό το οποίο πρέπει να αποθηκεύεται σε καλά αεριζόμενο μέρος και μακριά από πηγές ανάφλεξης. Είναι τοξικό για τους υδρόβιους οργανισμούς και πρέπει να αποφεύγεται η απελευθέρωσή στο περιβάλλον ή στην αποχέτευση.
Τέλος, είναι επιβλαβές για τον άνθρωπο, σε περίπτωση κατάποσης μπορεί να προκαλέσει βλάβη στους πνεύμονες ενώ η εισπνοή ατμών μπορεί να προκαλέσει υπνηλία και ζάλη.
Georg Hammer, Torsten Lübcke, Roland Kettner, Mark R. Pillarella, Herta Recknagel, Axel Commichau, Hans-Joachim Neumann and Barbara Paczynska-Lahme “Natural Gas“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2006, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a17_073.pub2
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.
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.1β., με R = CH3CH2CH(CH3)CH2 ή CH3CH2C(CH3)2 ή (CH3)2CHCHCH3 ή CH2CH2CH(CH3)2
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.4α., με R = CH3CH2CH(CH3)CH2 ή CH3CH2C(CH3)2 ή (CH3)2CHCHCH3 ή CH2CH2CH(CH3)2
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.3α., με R = CH3CH(CH3)CHCH3 ή CH3CH2C(CH3)2 ή CH3CH(CH3)CHCH3 ή CH3CH(CH3)CH2CH2
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.1β., με R = CH3CH(CH3)CHCH3 ή CH3CH2C(CH3)2 ή CH3CH(CH3)CHCH3 ή CH3CH(CH3)CH2CH2
Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244 , §10.3.2, R = CH3CH2CH2CH(CH3)CH2 ή CH3CH2CH2C(CH3)2 ή CH3CH2CHCH(CH3)2 ή CH3CHCH2CH(CH3)2 ή CH2CH2CH2CH(CH3)2.
Σημ.: Μερικές από τις ενέργειες αντιδράσεων υπολογίστηκαν με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Θα διασταυρωθούν και βιβλιογραφικά το συντομότερο για μεγαλύτερη ακρίβεια.
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.