2-φθορο-1-βουτανόλη

2-φθορο-1-βουτανόλη
Γενικά
Όνομα IUPAC	2-φθορο-1-βουτανόλη
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H9FO
Μοριακή μάζα	64,06 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CHFCH2OH
Αριθμός CAS	4459-24-9
SMILES	CCC(CO)F
InChI	1S/C4H9FO/c1-2-4(5)3-6/h4,6H,2-3H2,1H3
PubChem CID	13278455
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	23
Οπτικά ισομερή	2
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Η 2-φθορο-1-βουτανόλη είναι μια (σχετικά) σταθερή αλαλκανόλη (δηλαδή μονοαλογονούχα άκυκλη κορεσμένη μονοαλκοόλη). Έχει σύντομο ημισυντακτικό τύπο CH₃CH₂CHFCH₂OH. Με βάση το μοριακό τύπο της έχει 23 ισομερή θέσης και βρίσκεται σε δύο (2) οπτικά ισομερή.

Ονοματολογία

Η ονομασία «2-φθορο-1-βουτανόλη» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα: Η ονομασία διαιρείται σε δύο (2) κύρια τμήματα: Το δεξί αναφέρεται στη δομή της «κύριας ανθρακικής» αλυσίδας που φέρει την «κύρια χαρακτηριστική ομάδα», εφόσον υπάρχει και προβλέπεται γι' αυτήν χαρακτηριστική κατάληξη, ενώ το αριστερό στους «υποκαταστάτες» (δηλαδή τυχόν «δευτερεύουσες χαρακτηριστικές ομάδες» ή και κύριες χαρακτηριστικές ομάδες για τις οποίες δεν έχουν προβλεφθεί χαρακτηριστικές καταλήξεις) ή και τις «διακλαδώσεις» (δηλαδή τυχόν δευτερεύουσες ανθρακικές αλυσίδες). Στη συγκεκριμένη ένωση, υπάρχει το αρχικό πρόθεμα «φθορ(ο)-» που δηλώνει την ύπαρξη ενός (1) ατόμου φθορίου ως δευτερεύουσας χαρακτηριστικής ομάδας, που ενώνεται στο άτομο #2 της κύριας ανθρακικής αλυσίδας, όπως δείχνει ο αρχικός αριθμός θέσης «#2-». Ως προς το τμήμα που αφορά την κύρια ανθρακική αλυσίδα ισχύουν τα ακόλουθα: το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-όλη» φανερώνει ότι περιέχει μια υδροξυομάδα ως κύρια χαρακτηριστική ομάδα.

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-O	σ	2sp3-2sp3	150 pm	19% C+ O-
C-F	σ	2sp3-2sp3	139 pm	43% C+ F-
O-H	σ	2sp3-1s	96 pm	32% H+ O-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
O	-0,51
F	-0,43
C#4	-0,09
C#3	-0,06
Η (C-H)	+0,03
C#1	+0,13
Η (O-H)	+0,32
C#2	+0,37

Παραγωγή

Από 2-χλωρο-1-βουτανόλη

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε 2-χλωρο-1-βουτανόλη (CH₃CH₂CHClCH₂OH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHClCH_{2}OH+Hg_{2}F_{2}\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Από 1,2-βουτανοδιόλη

Με υποκατάσταση του ενός υδροξυλίου από φθόριο σε 1,2-βουτνοδιόλη(CH₃CH₂CH(OH)CH₂OH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(OH)CH_{2}OH+HF\xrightarrow {ZnF_{2}} CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+H_{2}O}$

• Συνήθως το υδροφθόριο παρασκευάζεται επιτόπου με την αντίδραση:

$\mathrm {2NaF+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}Na_{2}SO_{4}+2HF}$

Από 2-φθοροβουτανάλη

Με καταλυτική υδρογόνωση:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCHO+H_{2}\xrightarrow {Ni} CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH}$

Από 2-φθοροβουτανικό 2-φθοροβουτυλεστέρα

Ο 2-φθοροβουτανικός 2-φθοροβουτυλεστέρας δίνει αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, σχηματίζοντας 2-φθορο-1-βουτανόλη:

Με διυδρογόνο (H₂) και νικέλιο (Ni):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCOOCH_{2}CH_{2}CHFCH_{3}+{\frac {3}{2}}H_{2}\xrightarrow {Ni} 2CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH}$

Από 2-φθορο-1-βουταναμίνη

Με επίδραση νιτρώδους οξέος (ΗΝΟ₂) σε 2-φθορο-1-βουταναμίνη :

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}NH_{2}+HNO_{2}\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+N_{2}\uparrow +H_{2}O}$

Από αιθυλοξιράνιο

Με επίδραση υδροφθορίου σε αιθυλοξιράνιο:

$\mathrm {+HF\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

• Όπως όλες οι σταθερές αλαλκοόλες η 2-φθορο-1-βουτανόλη συνδυάζει τις χημικές ιδιότητες των αλκοολών και των αλκυλαλογονιδίων, αν και ειδικά το φθόριο είναι το χειρότερο από τα υπόλοιπα αλογονόνα για τέτοιου είδους αντιδράσεις.
• Παρακάτω αποφεύχθηκε η αναφορά στο αποτέλεσμα χρήσης αντιδραστηρίων που αντιδρούν και με το υδροξύλιο και το φθόριο, γιατί το αποτέλεσμα δεν είναι γενικό. Ανάλογα με τις συνθήκες μπορεί να ευνοηθεί η αντίδραση μόνο με το υδροξύλιο, μόνο με το φθόριο ή και με τα δύο ταυτόχρονα.

Χημικές αντιδράσεις του υδροξυλίου

2-φθορο-1-βουτένιο

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 2-φθορο-1-βουτανόλης παράγεται 2-φθορο-1-βουτένιο. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, >150 °C. Σε χαμηλότερες ευνοείται η διαμοριακή αφυδάτωση που δίνει δι(2-φθορβουτυλ)αιθέρα, ενώ χωρίς καθόλου θέρμανση παράγεται ο όξινος θειικός 2-φθορο-1-βουτυλεστέρας (FCH₂CH₂OSO₃H), που αποτελεί την ενδιάμεση ένωση για τις αφυδατώσεις.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH{\xrightarrow[{>150^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{3}CH_{2}CF=CH_{2}+H_{2}O}$

Δι(2-φθορο-1-προπυλ)αιθέρας

Παραγωγή δι(2-φθορο-1-βουτυλ)αιθέρα:

$\mathrm {2CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH{\xrightarrow[{<140^{o}C}]{H_{2}SO_{4}}}CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OCH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+H_{2}O}$

Καρβοξυλικοί εστέρες

Αντίδραση με ακυλιωτικά μέσα:
1. Εστεροποίηση με καρβοξυλικό οξύ:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RCOOH{\overrightarrow {\longleftarrow }}RCOOCH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+H_{2}O}$

2. Εστεροποίηση με ανυδρίτη καρβοξυλικού οξέος:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RCOOOCR\xrightarrow {} RCOOCH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+RCOOH}$

3. Εστεροποίηση με ακυλαλογονίδιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RCOX\xrightarrow {Py} RCOOCH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+HX}$

• Όπου Py: πυριδίνη.

Οξείδωση

1. Με υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO₄). Παράγεται 2-φθοροβουτανικό οξύ:

$\mathrm {5CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+4KMnO_{4}+2H_{2}SO_{4}\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CHFCOOH+2K_{2}SO_{4}+4MnO+7H_{2}O}$

2. Με τριοξείδιο του χρωμίου (CrO₃). Παράγεται αρχικά 2-φθοροβουτανάλη και στη συνέχεια, με περίσσεια τριοξειδίου του χρωμίου, 2-φθοροβουτανικό οξύ:

$\mathrm {3CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+2CrO_{3}\xrightarrow {-Cr_{2}O_{3},\;-3H_{2}O} 3CH_{3}CH_{2}CHFCHO\xrightarrow {+2CrO_{3}} 3CH_{3}CH_{2}CHFCOOH+Cr_{2}O_{3}}$

• Η διαφορά είναι ότι στην περίπτωση #2, η οξείδωση μπορεί να σταματήσει στην 2-φθοροβουτανάλη.

Υποκατάσταση υδροξυλίου από αλογόνα

Σε όξινο περιβάλλον το υδροξύλιο γίνεται καλύτερη αποχωρούσα ομάδα από το φθόριο, οπότε (όπου X: F, Cl, Br, Ι):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+HX\xrightarrow {ZnX_{2}} CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}X+H_{2}O}$

Χημικές αντιδράσεις του φθορίου

Υποκατάσταση από άλλο αλογόνο

Σε ουδέτερο περιβάλλον ευνοείται η υποκατάσταση του φθορίου από όλα τα υπόλοιπα αλογόνα (εδώ X: χλώριο, βρώμιο ή ιώδιο):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+NaX\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CHXCH_{2}OH+NaF}$

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Υδρόλυση με αραιό διάλυμα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) προς 1,2-βουτανοδιόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+AgOH\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CH(OH)CH_{2}OH+AgF}$

• Ισχυρές βάσεις όπως το υδροξείδιο του νατρίου παράγουν βουτανάλη, αποσπώντας υδραλογόνο.
• Ως AgOH στην πράξη χρησιμοποιείται υδατικό εναιώρημα οξειδίου του αργύρου (Ag₂O).

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) προς 2-αλκοξυ-1-βουτανόλη [CH₃CH₂CH(OR)OΗ]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RONa\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CH(OR)CH_{2}OH+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) προς 2-αιθυλ-3-αλκιν-1-όλες [RC≡CCH(CH₂CH₃)CH₂ΟΗ]. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RC\equiv CNa\xrightarrow {} RC\equiv CCH(CH_{2}CH_{3})CH_{2}OH+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβοξυλικά άλατα (RCOONa) προς καρβοξυλικό (1-αιθυλ-2-υδροξυαιθυλ)εστέρα [RCOOCH(CH₂CH₃)CH₂OH]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RCOONa\xrightarrow {} RCOOCH(CH_{2}CH_{3})CH_{2}OH+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) προς 2-αιθυλο-3-υδροξυπροπανονιτρίλιο (HOCH₂CH(CH₂CH₃)CN):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFOH+NaCN\xrightarrow {} HOCH_{2}CH(CH_{2}CH_{3})CN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) προς 2-αιθυλ-1-αλκανόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RLi\xrightarrow {} RCH(CH_{2}CH_{3})CH_{2}OH+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρύλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) προς 2-αιθυλ-2-υδροθειαιθανόλη (HSCH(CH₂CH₃)CH₂ΟH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+NaSH\xrightarrow {} HSCH(CH_{2}CH_{3})CH_{2}OH+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκυλοσουλφύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) προς 2-αιθυλ-2-(αλκυλοθει)αιθανόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RSNa\xrightarrow {} RSCH(CH_{2}CH_{3})CH_{2}OH+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

1. Με αμμωνία (NH₃) προς 2-αμινo-1-βουτανόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+NH_{3}\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CH(NH_{2})CH_{2}OH+HF}$

2. Με πρωτοταγή αμίνη (RNH₂) προς 2-αλκυλαμινο-1-βουτανόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RNH_{2}\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CH(NHR)CH_{2}OH+HF}$

3. Με δευτεροταγή αμίνη (RNHR) προς 2-διαλκυλαμινο-1-βουτανόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+RNHR\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CH(NR_{2})CH_{2}OH+HF}$

• Όπου R όχι οπωσδήποτε ίδια.

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) προς 2-νιτρo-1-βουτανόλη [CH₃CH²CH(NO₂)CH₂OH]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+AgNO_{2}\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CH(NO_{2})CH_{2}OH+AgF}$

Υποκατάσταση από αρύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 2-φαινυλο-1-βουτανόλη:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH\xrightarrow {AlF_{3}} CH_{3}CH_{2}CH(Ph)CH_{2}OH+HF}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄). Παράγεται 1-βουτανόλη:

$\mathrm {4CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+LiAlH_{4}\xrightarrow {} 4CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+LiF+AlF_{3}}$

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ. Παράγεται 1-βουτανόλη:

$\mathrm {FCH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+Zn+HCl\xrightarrow {} CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+ZnClF}$

Εσωτερική απόσπαση υδροφθορίου

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 2-φθορο-1-βουτανόλη παράγεται αιθυλοξιράνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+NaOH\xrightarrow {} NaF+H_{2}O+}$

Επίδραση καρβενίων

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλένιο παράγονται 2-φθορο-1-πεντανόλη, 3-μεθυλο-2-φθορο-1-βουτανόλη, 2-μεθυλο-2-φθορο-1-βουτανόλη , 1-φθορο-2-πεντανόλη και 1-μεθοξυ-2-φθοροβουτάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OH+CH_{3}Cl+KOH\xrightarrow {} {\frac {1}{3}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHFCH_{2}OH+{\frac {2}{9}}(CH_{3})_{2}CHCHFCH_{2}OH+{\frac {1}{9}}CH_{3}CH_{2}CF(CH_{3})CH_{2}OH+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CHFCH(OH)CH_{3}+{\frac {1}{9}}CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}OCH_{3}+KCl+H_{2}O}$

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
• Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.
• Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985.