Διμεθυλοφθοροπροπάνιο

Διμεθυλοφθοροπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Διμεθυλοφθοροπροπάνιο
Άλλες ονομασίες	νεοπεντυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C5H11F
Μοριακή μάζα	90,14 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	(CH3)3CCH2F
Συντομογραφίες	NpF
SMILES	CC(C)(C)CF
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	7 2-φθοροπεντάνιο 3-φθοροπεντάνιο 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο 1-φθοροπεντάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To διμεθυλοφθοροπροπάνιο ή νεοπεντυλοφθορίδιο είναι ένα αλκυλογονίδιο. Με βάση το χημικό τύπο του, C₅H₁₁F, έχει τα ακόλουθα επτά (7) ισομερές θέσης:

1. 1-φθοροπεντάνιο.
2. 2-φθοροπεντάνιο.
3. 3-φθοροπεντάνιο.
4. 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.
5. 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.
6. 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.
7. 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.

Ονοματολογία

Η ονομασία «διμεθυλοφθοροπροπάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά 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 έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το αρχικό πρόθεμα «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Τέλος, το πρόθεμα «διμέθυλο-», που προτάσσεται του προθέματος φθορο-, γιατί δ < φ, σύμφωνα με την ελληνική αλφαβητική σειρά, δηλώνει την ύπαρξη δύο διακλαδώσεων του ενός ατόμου άνθρακα η καθεμιά. Οι αριθμοί θέσης, -1- για το φθόριο και 2,2- για τα δυο μεθύλια αποτελούν πλεονασμό, γιατί δεν υπάρχει άλλο ιαομερές διμεθυλοφθοροπροπάνιο. Σημειώνεται, ακόμη, ότι η αγγλόφωνη ονομασία της ένωσης είναι (2,2-)dimethyl(-1-)fluoropropane, γιατί σύμφωνα με την αγγλική αλφάβητο είναι d < f.

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#2	0,00
C#3,#1΄,#1΄΄	-0,09

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση διμεθυλοπροπανίου παράγεται ως μοναδικό μονοαλοπαράγωγο το διμεθυλοφθοροπροπάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{4}C+F_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+HF}$

• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυφθοροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας διμεθυλοπροπανίου.
• Η μέθοδος είναι χρήσιμη ακόμη και αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά εύκολος ο διαχωρισμός από τα βαρύτερα πολυφθοροπαράγωγα.

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε διμεθυλοπροπανόλη ((CH₃)₃CCH₂OH):

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

• 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 διμεθυλοχλωροπροπάνιο ((CH₃)₃CCH₂Cl):

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

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αντιδράσεις υποκατάστασης

• Οι αντιδράσεις είναι πολύ πιο αργές σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλκυλαλογονίδια των άλλων αλογόνων, γιατί ο μηχανισμός που επικρατεί σ' αυτές τις αντιδράσεις υποκαταστάσεως είναι ο S_N².

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται διμεθυλοπροπανόλη ((CH₃)₃CCH₂OH):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+AgOH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}OH+AgF}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλονεοπεντυλαιθέρα ((CH₃)₃CCH₂OR):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+RONa{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}OR+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH₂C(CH₃)₃). Π.χ.:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH_{2}C(CH_{3})_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό νεοπεντυλεστέρα (RCOOCH₂C(CH₃)₃):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH_{2}C(CH_{3})_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει διμεθυλοβουτανονιτρίλιο ((CH₃)₃CCH₂CN):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+NaCN{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}CN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+RLi{\xrightarrow {}}RCH_{2}C(CH_{3})_{3}+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει διμεθυλοπροπανοθειόλη ((CH₃)₃CCH₂SH):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+NaSH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}SH+NaF}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλονεοπεντυλοθειαιθέρα (RSCH₂C(CH₃)₃):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+RSNa{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}SR+NaF}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει διμεθυλιωδοπροπάνιο ((CH₃)₃CCH₂I):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+NaI{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}I+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει διμεθυλοπροπαναμίνη ((CH₃)₃CCH₂NH₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+NH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}NH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλοδιμεθυλοπροπαναμίνη (RNHCH₂C(CH₃)₃):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH_{2}C(CH_{3})_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλοδιμεθυλοπροπαναμίνη [R'N(CH₂C(CH₃)₃)R]:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}R{\acute {}}\;N(CH_{2}C(CH_{3})_{3})R+HF}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλονεοπεντυλαμμώνιο [R'N(CH₂C(CH₃)₃)(R)R"]F}:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+R{\acute {}}\;N(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;{\xrightarrow {}}[R{\acute {}}\;N(CH_{2}C(CH_{3})_{3})(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;]F}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει διμεθυλοπροπανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+PH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}PH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει διμεθυλονιτροπροπάνιο ((CH₃)₃CCH₂NO₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}NO_{2}+AgF}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται νεοπεντυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+(CH_{3})_{3}CCH_{2}F{\xrightarrow {AlF_{3}}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}Ph+HF}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει νεοπεντυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει νεοπεντυλομαγνησιοφθορίδιο:

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

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται διμεθυλοπροπάνιο:

$\mathrm {4(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4(CH_{3})_{4}C+LiF+AlF_{3}}$

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

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+Zn+HCl{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{4}C+ZnClF}$

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

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{4}C+SiH_{3}F}$

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

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{4}C+RSnH_{2}F}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 4,4-διμεθυλο-1-φθοροπεντάνιο ((CH₃)₃CCH₂CH₂CH₂F):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}F+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 4,4-διμεθυλο-1-φθορο-1-πεντένιο ((CH₃)₃CCH₂CH=CHF):

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

3. Η αντίδραση του διμεθυλοφθοροπεντανίου 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:

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

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 5,5-διμεθυλο-1-φθορεξάνιο:

$\mathrm {+(CH_{3})_{3}CCH_{2}F{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει 1-νεοπεντυλοξυ-2-φθοραιθάνιο:

$\mathrm {+(CH_{3})_{3}CCH_{2}F{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH_{2}C(CH_{3})_{3}}$

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {9}{11}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}F+{\frac {2}{11}}(CH_{3})_{3}CCHFCH_{3}+KCl+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους εννέα (9) δεσμούς C_{#3,#1΄,#1΄΄}H₂-H. Παράγεται 2,2-διμεθυλοφθοροβουτάνιο.

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

Προκύπτει επομένως μίγμα 2,2-διμεθυλοφθοροβουτάνιου ~63% και 3,3-διμεθυλοφθοροβουτάνιου ~18%.

Παραγωγή και παρεμβολή νεοπεντυλενίου

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υδροξείδιου του καλίου αποσπάται υδροφθόριο παράγοντας νεοπεντυλένιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+KOH{\xrightarrow {}}[(CH_{3})_{3}CCH_{2}:]+KF+H_{2}O}$

• Το ασταθές νεοπεντυλένιο στη συνέχεια συμπεριφέρεται σα δίριζα και παρεμβάλλεται σε δεσμούς C-Η ή προσθέτεται σε πολλαπλούς δεσμούς, σχηματίζοντας τριμελείς δακτύλιους. Παραδείγματα:

1. Παρεμβολή στον εαυτό του:

$\mathrm {2(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {9}{11}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}F+{\frac {2}{11}}(CH_{3})_{3}CCHFCH_{2}C(CH_{3})_{3}+KF+H_{2}O}$

2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο:

$\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {4}{5}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}CH=CH_{2}+KF+H_{2}O+{\frac {1}{5}}}$ τριτοταγές βουτυλοκυκλοπροπάνιο

3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο:

$\mathrm {HC\equiv CH+(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {2}{3}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}C\equiv CH+KF+H_{2}O+{\frac {1}{3}}}$ 3-τριτοταγές βουτυλοκυκλοπροπένιο

4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο:

$\mathrm {PhH+(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}PhCH_{2}C(CH_{3})_{3}+KF+H_{2}O+{\frac {1}{2}}}$ 7-τριτοταγές βουτυλοκυκλοεπτατριένιο

5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη:

$\mathrm {HCHO+(CH_{3})_{3}CCH_{2}F+KOH{\xrightarrow {}}KF+H_{2}O+{\frac {2}{3}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}CHO+{\frac {1}{3}}}$ τριτοταγές βουτυλοξιράνιο

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