Isobutene
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L'isobutene (o isobutilene, nome sistematico 2-metilpropene) è un idrocarburo alifatico, in particolare un alchene ramificato, uno dei quattro isomeri dell'alchene lineare 1-butene; la sua formula molecolare è C4H8 (o, più specificamente, i-C4H8), quella semistruturale è (CH3)2C=CH2, che viene anche scritta Me2C=CH2.[2] L'isobutene è una sostanza di notevole interesse industriale.[3]
| Isobutene | |
|---|---|
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| Nome IUPAC | |
| 2-metilpropene | |
| Nomi alternativi | |
| isobutene | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | C4H8 |
| Massa molecolare (u) | 56,106 |
| Aspetto | gas incolore |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 204-066-3 |
| PubChem | 8255 |
| SMILES | CC(=C)C |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 0,5879 (in fase liquida) |
| Indice di rifrazione | 1,381 |
| Solubilità in acqua | 263 mg/L a 25 °C |
| Coefficiente di ripartizione 1-ottanolo/acqua | 2,34 |
| Temperatura di fusione | −140,3 °C (132,8 K) |
| Temperatura di ebollizione | −6,9 °C (266,2 K) |
| Punto critico | 144 °C |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Limiti di esplosione | 1,8 - 9,6% vol. |
| Simboli di rischio chimico | |
 
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| pericolo | |
| Frasi H | 220 - 280 |
| Consigli P | 210 - 377 - 381 - 403 [1] |
Proprietà e struttura molecolare
Riepilogo
Prospettiva
L'isobutene è un composto termodinamicamente stabile: la sua formazione dagli elementi è leggermente esotermica, ΔHƒ° = -17,9 kJ/mol, più degli altri isomeri.[4]
A temperatura ambiente è in forma gassosa, anche se tecnicamente è un vapore (Teb = -7,1 °C; Tcr = 144,7 °C),[5] più denso dell'aria (~2 volte). È incolore e ha lieve odore di benzina, è molto infiammabile e con l'aria forma miscele esplosive.[6] È quasi insolubile in acqua (263 mg/L a 25 °C), ma è solubile in alcool e etere, in benzene e in acido solforico,[7] ma molto poco in dimetilsolfossido (2,5 g/100 g).[8] Sotto pressione polimerizza facilmente.[7]
Lo scheletro di atomi di carbonio della molecola è planare con simmetria molecolare C2v;[9] i carboni dei gruppi metilici (CH3, o Me) sono ibridati sp3, gli altri due, sp2. Questa molecola idrocarburica è lievemente polare: il suo momento di dipolo è pari a 0,50 D.[10]
Da indagini di diffrazione elettronica in fase gassosa sono stati ricavati i dati salienti della struttura molecolare. Dall'analisi dei dati è stato possibile ricavare angoli e lunghezze di legame; alcuni di questi parametri sono i seguenti:[11]
r(C–C) = 150,8 pm r(C=C) = 134,2 pm;
∠(CH3–C2–CH3) = 116,0°; ∠(CH3–C2=CH2) = 122,0°; ∠(H–C1–H) = 117,2°.
Mentre il legame C=C ha lunghezza quasi uguale al valore normale (134 pm[12]), il legame C–C è significativamente più corto dello standard (154 pm[12]). Questo accorciamento è previsto in base al fenomeno dell'iperconiugazione degli H dei metili con il doppio legame (in una forma limite questo legame è doppio).[13][14]
L'angolo tra i metili sul C2 e quello tra gli idrogeni sul C1 (metilene) sono entrambi un po' più stretti rispetto al valore ottimale di 120° per un C ibridato sp2. Entrambi questi restringimenti di angoli sono in accordo con le indicazioni VSEPR in base alle quali un doppio legame richiede più spazio angolare di un legame semplice e infatti l'angolo sul C2 tra metile e metilene è invece un po' maggiore dei 120°.[15] Nel caso del metilene l'angolo su C1 è praticamente uguale a quello sull'etilene; nel caso dell'angolo sul C2, questo è anche un po' più piccolo, nonostante che l'ingombro dei metili sia maggiore rispetto a quello degli idrogeni: i rispettivi raggi di van der Waals sono infatti 110 pm[16] per H e 200 pm per Me.[17]
Sintesi e reattività
In laboratorio può essere prodotto formalmente con la reazione di Wittig per trattamento dell'acetone con il metilentrifenilfosforano (ottenuto dallo ioduro di metile e trifenilfosfina in ambiente fortemente basico):[18]
Me2C=O + CH2=PPh3 → Me2C=CH2 + O=PPh3
Industrialmente viene prodotto per cracking catalitico o termico di frazioni altobollenti del petrolio o di miscele di idrocarburi saturi. Viene isolato e purificato o per assorbimento su acido solforico al 50% e successiva rigenerazione per distillazione in corrente di vapore o per rimozione degli altri buteni isomeri per assorbimento su setacci molecolari.
Altri processi di produzione dell'isobutene sono la disidratazione dell'alcol t-butilico e la deidrogenazione catalitica dell'isobutano,[19] che avviene secondo la reazione:
Si stima che nel 2002 la produzione mondiale abbia superato i 10 milioni di tonnellate, concentrata per l'80% negli Stati Uniti, seguiti da Europa e Giappone.
La carbonilazione dell'isobutene in ambiente acido (reazione di Koch) porta alla sintesi dell'acido pivalico:[20]
Me2C=CH2 + H2O + CO → Me3C−COOH
Complessi metallo-olefina
Diversi sali metallici, posti in atmosfera di olefine, le assorbono formando complessi π in cui l'olefina si dispone con il legame >C=C< perpendicolare all'asse di legame con il centro metallico.[21] Il tetrafluoroborato di argento AgBF4 forma complessi di questo tipo con etilene, propilene e i vari buteni. In particolare, con l'isobutene si ottiene la coordinazione allo ione Ag+ (configurazione elettronica d10) di due molecole:[22]
AgBF4 + 2 i-C4H8 → AgBF4 • (i-C4H8)2
Il complesso è piuttosto stabile: a 25 °C la pressione di vapore dell'isobutene dal complesso è di soli 8,83 mm Hg.[22]
Applicazioni
L'isobutene non ha applicazioni dirette; trova uso solo come intermedio nella sintesi di altri materiali. Il suo utilizzo principale è come monomero nella produzione del corrispondente polimero; i polimeri e co-polimeri dell'isobutene sono gomme e materie plastiche.
Circa il 72% dell'isobutene prodotto viene convertito in gomma butilica; una frazione minore è usata per la produzione di antiossidanti per alimenti, imballi e materie plastiche. Altri impieghi sono nella sintesi di additivi per oli lubrificanti.
Combinato con formaldeide dà Isoprenolo, la cui produzione mondiale è stimata sulle 6-13.000 tonnellate.[23]
L’isobutene è anche un reagente fondamentale per la protezione del gruppo carbossilico, procedura importante nella sintesi di peptidi e proteine.
Note
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