3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο

3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο
Άλλες ονομασίες	3-μεθυλο-2-βουτυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C5H11F
Μοριακή μάζα	90,14 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	(CH3)2CHCHFCH3
Συντομογραφίες	iPrCHFMe
Αριθμός CAS	62108-95-6
SMILES	CC(F)C(C)C
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	7 1-φθοροπεντάνιο 2-φθοροπεντάνιο 3-φθοροπεντάνιο 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο διμεθυλοφθοροπροπάνιο
Οπτικά ισομερή	2
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο ή 3-μεθυλο-2-βουτυλοφθορίδιο, σε δύο (2) οπτικά ισομερή, 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-2-φθοροβουτάνιο.
5. 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.
6. 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.
7. Διμεθυλοφθοροπροπάνιο.

Ονοματολογία

Η ονομασία «3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα ανά κύρια 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 πρόθεμα «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Το αρχικό πρόθεμα «μεθυλο-» δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης ενός ατόμου άνθρακα. Ο αριθμός θέσης «-2-», δηλώνει τον αριθμό θέσης του ατόμου του άνθρακα με το οποίο ενώνεται το άτομο του φθορίου, για να διαχωριστεί η ένωση από την ισομερή της 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο. Για το αρχικό πρόθεμα επίσης χρειάζεται ο αριθμός θέσης 3-, γιατί και η θέση #2 είναι διαθέσιμη και επομένως δεν εννοείται. Τέλος το πρόθεμα μέθυλο- προτάσσεται του προθέματος φθορο-, γιατί μ < φ, σύμφωνα με την ελληνική αλφαβητική σειρά. Σημειώνεται ότι η αγγλόφωνη ονομασία της ένωσης είναι 2-fluoro-3-methylbutane, γιατί σύμφωνα με την αγγλική αλφάβητο είναι f < m. Σημειώνεται ακόμη, ότι η αρίθμηση της κύριας ανθρακικής αλυσίδας αρχίζει από την πλευρά του ατόμου του φθορίου, γιατί θεωρείται σημαντικότερο υποκατάστατο από το μεθύλιο.

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#2	+0,40
C#1,#4,#1΄	-0,09
C#3	-0,03

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση μεθυλοβουτάνιου παράγεται μίγμα 3-μεθυλο-2-φθοροβουτανίου, 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιου, 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιου και 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιου:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+F_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}aCH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+bCH_{3}CH_{2}CF(CH_{3})_{2}+cCH_{3}CHFCH(CH_{3})_{3}+d(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}F+HF}$

• Όπου a + b + c + d = 1.
• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυφθοροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας μεθυλοβουτανίου.
• Η μέθοδος δεν είναι χρήσιμη αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά δύσκολος διαχωρισμός.

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 3-μεθυλο-2-βουτανόλη ((CH₃)₂CHCH(OH)CH₃):

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

• 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 3-μεθυλο-2-χλωροβουτάνιο ((CH₃)₂CHCHClCH₃):

$\mathrm {2(CH_{3})_{2}CHCHClCH_{3}+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Με προσθήκη υδροφθορίου σε 3-μεθυλο-1-βουτένιο

Με προσθήκη υδρφθορίου σε 3-μεθυλο-1-βουτένιο παράγεται 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH=CH_{2}+HF{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}}$

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 3-μεθυλο-2-βουτανόλη ((CH₃)₂CHCH(OH)CH₃):

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

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει 2-αλκοξυ-3-μεθυλοβουτάνιο ((CH₃)₂CHCH(OR)CH₃):

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

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH(CH₃)CH(CH₃)₂). Π.χ.:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH(CH_{3})CH(CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό (1,2-διμεθυλοπροπυλ)εστέρα (RCOOCH(CH₃)CH(CH₃)₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH(CH_{3})CH(CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει 2,3-διμεθυλοβουτανονιτρίλιο ((CH₃)₂CHCH(CN)CH₃):

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

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+RLi{\xrightarrow {}}RCH(CH_{3})CH(CH_{3})_{2}+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 3-μεθυλο-2-βουτανοθειόλη ((CH₃)₂CHCH(SH)CH₃):

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

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει 2-αλκυλοθειο-3-μεθυλοβουτάνιο ((CH₃)₂CHCH(SR)CH₃):

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

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 2-ιωδο-3-μεθυλοβουτάνιο ((CH₃)₂CHCHICH₃):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+NaI{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCHICH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει 3-μεθυλο-2-βουταναμίνη ((CH₃)₂CHCH(NH₂)CH₃):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+NH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(NH_{2})CH_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλο-3-μεθυλο-2-βουταναμίνη (RNHCH(CH₃)CH(CH₃)₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH(CH_{3})CH(CH_{3})_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-3-μεθυλο-2-βουταναμίνη [R'N(CH(CH₃)CH(CH₃)₂)R]:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}R{\acute {}}\;N(CH(CH_{3})CH(CH_{3})_{2})R+HF}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλο(1,2-διμεθυλοπροπυλ)αμμώνιο [R'N(CH(CH₃)CH(CH₃)₂)(R)R"]F}:

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

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 3-μεθυλο-2-βουτανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+PH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(PH_{2})CH_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 3-μεθυλο-2-νιτροβουττάνιο ((CH₃)₂CHCH(NO₂)CH₃):

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

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 3-μεθυλο-2-φαινυλοβουτάνιο:

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

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει 1,2-διμεθυλοπροπυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει 3-μεθυλο-2-βουτυλομαγνησιοφθορίδιο:

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

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται μεθυλοβουτάνιο:

$\mathrm {4(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+LiF+AlF_{3}}$

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

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+Zn+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+ZnClF}$

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

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

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

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+RSnH_{2}F}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 3,4-διμεθυλο-1-φθοροπεντάνιο ((CH₃)₂CHCH(CH₃)CH₂CH₂F):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}F}$

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

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

3. Η αντίδραση του 3-μεθυλο-2-φθοροβουτανίου 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:

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

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

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

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει 1-(1΄,2΄-διμεθυλοπροποξυ)-2-φθοραιθάνιο:

$\mathrm {+(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH(CH_{3})CH(CH_{3})_{2}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο παράγεται μίγμα 3-μεθυλο-1-βουτένιου και μεθυλο-2-βουτένιου:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}{\frac {3}{4}}(CH_{3})_{2}CHCH=CH_{2}+{\frac {1}{4}}(CH_{3})_{2}C=CHCH_{3}+NaF+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{3}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {6}{11}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHFCH_{3}+{\frac {3}{11}}(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{11}}(CH_{3})_{2}CHCF(CH_{3})_{2}+{\frac {1}{11}}(CH_{3})_{3}CCHFCH_{3}+KCl+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς C_#4,#1΄H₂-H. Παράγεται 3-μεθυλο-2-φθοροπεντάνιο.

2. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C_#1H₂-H: Παράγεται 2-μεθυλο-3-φθοροπεντάνιο.

3. Παρεμβολή ένα (1) δεσμό C_#2-H: Παράγεται 2,3-διμεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.

4. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C_#3-H: Παράγεται 3,3-διμεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 3-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~54%, 2-μεθυλο-3-φθοροπεντάνιου ~27%, 2,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~9% και 3,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~9%.

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