Μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο

Μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο
Άλλες ονομασίες	ισοβουτυλοχλωρίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H9Cl
Μοριακή μάζα	92.57 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	(CH3)2CHCH2Cl
Συντομογραφίες	iBuCl
Αριθμός CAS	513-36-0
SMILES	CC(C)CCl
Αριθμός EINECS	208-157-9
PubChem CID	24881097
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	3 1-χλωροβουτάνιο 2-χλωροβουτάνιο μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-131 °C
Σημείο βρασμού	68-69 °C
Πυκνότητα	883 kg/m3
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	-27,761 °C
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο ή ισοβουτυλοχλωρίδιο είναι ένα υγρό (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25 °C, P = 1 atm) . Με βάση το χημικό τύπο του, C₄H₉Cl, έχει τα ακόλουθα τρία (3) ισομερές θέσης:

1. 1-χλωροβουτάνιο.
2. 2-χλωροβουτάνιο.
3. Μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο.

Ονοματολογία

Η ονομασία «μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) 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 «χλωρο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου χλωρίου ανά μόριο της ένωσης. Το αρχικό πρόθεμα «μεθυλο-» δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης ενός ατόμου άνθρακα. Ο αριθμός θέσης «-1-», 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 μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο. Για το αρχικό πρόθεμα δεν χρειάζεται αριθμός θέσης, γιατί μόνο η θέση #2 είναι διαθέσιμη και επομένως εννοείται. Τέλος το πρόθεμα μέθυλο- προτάσσεται του προθέματος χλωρο-, γιατί μ < χ, σύμφωνα με την ελληνική αλφαβητική σειρά. Σημειώνεται ότι η αγγλόφωνη ονομασία της ένωσης είναι 1-chloromethylpropane, γιατί σύμφωνα με την αγγλική αλφάβητο είναι c < m.

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-Cl	σ	2sp3-3sp3	176 pm	9% C+ Cl-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
H	+0,03
C#1	+0,03
C#3,#1΄	-0,09
C#2	-0,03
Cl	-0,09

Παραγωγή

Με φωτοχημική χλωρίωση

Με φωτοχημική χλωρίωση μεθυλοπροπανίου παράγεται μίγμα μεθυλο-1-χλωροπροπανίου και μεθυλο-2-χλωροπροπανίου:

$\mathrm {(CH_{3})_{3}CH+Cl_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}0,64(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+0,36(CH_{3})_{3}CCl+HCl}$

• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυχλωροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας μεθυλοπροπανίου.
• Η αναφερόμενη στοιχειομετρική αναλογία παραγωγής χλωροβουτανίων δεν συνυπολογίζει τα συμπαραγόμενα πολυχλωροπαράγωγα.
• Η μέθοδος δεν είναι χρήσιμη αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά δύσκολος διαχωρισμός.

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από χλώριο

1. Με επίδραση υδροχλωρίου (HCl) σε μεθυλο-1-προπανόλη ((CH₃)₂CHCH₂OH):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OH+HCl{\xrightarrow {ZnCl_{2}}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+H_{2}O}$

2. Η υποκατάσταση του OH από Cl στην μεθυλο-1-προπανόλη μπορεί να γίνει και με χλωριωτικά μέσα:

1. Με πενταχλωριούχο φωσφόρο (PCl₅):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OH+PCl_{5}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+POCl_{3}+HCl}$

2. Με τριχλωριούχο φωσφόρο (PCl₃):

$\mathrm {3(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OH+PCl_{3}{\xrightarrow {}}3(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+H_{3}PO_{3}}$

3. Με θειονυλοχλωρίδιο (SOCl₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OH+SOCl_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+SO_{2}+HCl}$

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 μεθυλο-1-προπανόλη ((CH₃)₂CHCH₂OH):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+AgOH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OH+AgCl}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλισοβουτυλαιθέρα ((CH₃)₂CHCH₂OR):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+RONa{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}OR+NaCl}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH₂CH(CH₃)₂). Π.χ.:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+NaCl}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό ισοβουτυλεστέρα (RCOOCH₂CH(CH₃)₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+NaCl}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει 3-μεθυλοβουτανονιτρίλιο ((CH₃)₂CHCH₂CN):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+NaCN{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CN+NaCl}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+RLi{\xrightarrow {}}RCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+LiCl}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει μεθυλο-1-προπανοθειόλη ((CH₃)₂CHCH₂SH):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+NaSH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}SH+NaCl}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλισοβουτυλοθειαιθέρα (RSCH₂CH(CH₃)₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+NaCl}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει μεθυλο-1-ιωδοπροπάνιο ((CH₃)₂CHCH₂I):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+NaI{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}I+NaCl}$

Υποκατάσταση από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο (CH₃)₂CHCH₂Cl) παράγεται μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο:

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

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει μεθυλο-1-προπαναμίνη ((CH₃)₂CHCH₂NH₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+NH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}NH_{2}+HCl}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλομεθυλο-1-προπαναμίνη (RNHCH₂CH(CH₃)₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+HCl}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλομεθυλο-1-προπαναμίνη [R'N(CH₂CH(CH₃)₂)R]:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}N(R)R{\acute {}}+HCl}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει χλωριούχο N,N,N-τριαλκυλισοβουτυλαμμώνιο {[R'N(CH₂CH(CH₃)₂)(R)R"]Cl}:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+R{\acute {}}\;N(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;{\xrightarrow {}}[(CH_{3})_{2}CHCH_{2}N(R)(R{\acute {}})R{\acute {}}\ \;{\acute {}}\;]Cl}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει μεθυλο-1-προπανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+PH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}PH_{2}+HCl}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει μεθυλο-1-νιτροπροπάνιο ((CH₃)₂CHCH₂NO₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}NO_{2}+AgCl}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Clriedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται ισοβουτυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl{\xrightarrow {AlCl_{3}}}PhCH_{2}CH(CH_{3})_{2}+HCl}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει ισοβουτυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει ισοβουτυλομαγνησιοχλωρίδιο :

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}MgCl}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται μεθυλοπροπάνιο.:

$\mathrm {4(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4(CH_{3})_{3}CH+LiCl+AlCl_{3}}$

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

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+Zn+HCl{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CH+ZnCl_{2}}$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριχλωριούχου βορίου, παράγεται μεθυλοπροπάνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+SiH_{4}{\xrightarrow {BCl_{3}}}(CH_{3})_{3}CH+SiH_{3}Cl}$

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

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{3}CH+RSnH_{2}Cl}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 4-μεθυλο-1-χλωροπεντάνιο ((CH₃)₂CHCH₂CH₂CH₂Cl):

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

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 4-μεθυλο-1-χλωρο-1-πεντένιο ((CH₃)₂CHCH₂CH=CHCl):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH=CHCl}$

3. Η αντίδραση του μεθυλο-1-χλωροπροπανίου 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:

$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl{\xrightarrow {}}RCH_{2}ClCH=CHCH_{2}CH(CH_{3})_{2}}$ (1,4-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl{\xrightarrow {}}RCH=CHCHClCH_{2}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}}$ (1,2-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}RCHClCH(CH_{2}CH(CH_{3})_{2})CH=H_{2}+{\frac {1}{2}}RCH(CH_{2}CH(CH_{3})_{2})CHClCH=CH_{2}}$ (3,4-προσθήκη)

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 5-μεθυλο-1-χλωρεξάνιο:

$\mathrm {+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει ισοβουτοξυ-2-χλωραιθάνιο:

$\mathrm {+(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl{\xrightarrow {}}ClCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH(CH_{3})_{2}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροχλωρίου (HCl) από μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο παράγεται μεθυλοπροπένιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}(CH_{3})_{2}C=CH_{2}+NaCl+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}Cl+CH_{3}Br+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {2}{3}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}Cl+{\frac {2}{9}}(CH_{3})_{2}CHCHClCH_{3}+{\frac {1}{9}}(CH_{3})_{3}CCH_{2}Cl+KBr+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς CH₂-H. Παράγεται 2-μεθυλο-1-χλωροβουτάνιο.

2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς CH-H: Παράγεται 3-μεθυλο-2-χλωροβουτάνιο.

3. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C-H: Παράγεται διμεθυλοχλωροπροπάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 2-μεθυλο-1-χλωροβουτάνιου ~67%, 3-μεθυλο-2-χλωροβουτάνιου ~22% και διμεθυλοχλωροπροπάνιου ~11%.

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