1,2-διμεθυλενοκυκλοβουτάνιο
Το 1,2-διμεθυλενοκυκλοβουτάνιο (αγγλικά 1,2-bis(methylene)cyclobutane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με χημικό τύπο C6H8. Πιο συγκεκριμένα, το 1,2-διμεθυλενοκυκλοβουτάνιο είναι ένα κυκλοβουτάνιο με δυο εξωδακτυλικούς συζυγείς διπλούς δεσμούς. Το χημικά καθαρό 1,2-διμεθυλενοκυκλοβουτάνιο, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι υγρό. Έχει πάνω από 100 ισομερή θέσης.
| 1,2-διμεθυλενοκυκλοβουτάνιο | |||
|---|---|---|---|
cyclobutane.svg) | |||
| Γενικά | |||
| Όνομα IUPAC | 1,2-δι(μεθυλιδενο)κυκλοβουτάνιο | ||
| Άλλες ονομασίες | 1,2-διμεθυλενοκυκλοβουτάνιο | ||
| Χημικά αναγνωριστικά | |||
| Χημικός τύπος | C6H8 | ||
| Μοριακή μάζα | 80,1277 amu | ||
| Σύντομος συντακτικός τύπος | | ||
| SMILES | C=C1CCC1=C[1] | ||
| InChI | 1S/C6H8/c1-5-3-4-6(5)2/h1-4H2 | ||
| PubChem CID | 123223 | ||
| Δομή | |||
| Ισομέρεια | |||
| Ισομερή θέσης | >100 | ||
| Φυσικές ιδιότητες | |||
| Σημείο τήξης | -70,43°C | ||
| Σημείο βρασμού | 64°C | ||
| Πυκνότητα | 800±100 kg/m³ | ||
| Δείκτης διάθλασης , nD | 1,456 | ||
| Χημικές ιδιότητες | |||
| Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης | -20,4±13,0°C | ||
| Επικινδυνότητα | |||
| Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa). | |||
Ονοματολογία
Η ονομασία «κυκλοβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα της κύριας ονομασίας «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 «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες, δηλαδή ότι είναι υδρογονάνθρακας. Το αρχικό πρόθεμα «κυκλο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ισοκυκλικού δακτυλίου στο μόριο της ένωσης. Τέλος, το πρόθεμα υποκαταστατών «1,2-διμεθυλενο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) μεθυλενομάδων συνδεμένων με δύο (2) γειτονικά κυκλοβουτανικά άτομα άνθρακα. Η ακριβέστερη συστηματική ονομασία της ένωσης είναι 1,2-δι(μεθυλιδενο)κυκλοβουτάνιο.
Δομή
Οι δεσμικές γωνίες μεταξύ των ατόμων άνθρακα είναι σημαντικά παραμορφωμένες σε σχέση με τις αντίστοιχες γωνίες των αλκανίων αλλά και των κυκλοαλκανίων με μεγαλύτερο δακτύλιο, οπότε και πάλι προκύπτει «ενέργεια τάσης δεσμών», όπως στα κυκλοπροπάνια, αλλά μικρότερη. Υπολογίστηκε σε ΔQ = 109 kJ/mole[2], για το «μητρικό» κυκλοβουτάνιο, αλλά η παρουσία των δύο (2) συζυγών διπλών δεσμών απαγορεύει την «πτύχωση» του μορίου και αυξάνει επιπλέον την ενέργεια τάσης δεσμών.
Παραγωγή
Επίδραση δισθενών μετάλλων σε 2,3-δι(αλομεθυλο)-1,3-βουταδιένιο
Με επίδραση μετάλλων [συνήθως ψευδάργυροu ή μαγνήσιου (αντίδραση Freund), γιατί γενικά τα δισθενή ηλεκτροθετικά μέταλλα δίνουν καλύτερη απόδοση] και σε 2,3-δι(αλομεθυλο)-1,3-βουταδιένιο. Π.χ.[3][4]:
- Με μικρή απόδοση, γιατί υπάρχει και η ανταγωνιστική διαμαριακή αντίδραση, που οδηγεί στη σύνθεση 3,6-διμεθυλενο-2,7-δι(βρωμομεθυλο)-1,7-οκταδιένιο [BrCH2C(=CH2)C(=CH2)CH2CH2C(=CH2)C(=CH2)CH2Br].
Απόσπαση δύο (2) ισοδυνάμων υδραλογόνου από 1,2-δι(αλομεθυλο)κυκλοβουτάνιο
Με απόσπαση δύο (2) ισοδυνάμων υδραλογόνου από1,2-δι(αλομεθυλο)κυκλοβουτάνιο παράγεται 1,2-διμεθυλενοκυκλοβουτάνιο[5]:
1,2-δι(αλομεθυλο)κυκλοβουτάνιο 
Χημικές ιδιότητες και παράγωγα
Συνδυάζει τις ιδιότητες συζυγούς διενίου και κυκλοβουτανίου. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης, συνήθως πρώτα 1,4- και έπειτα 2,3-, και τελικά (κυρίως και αρκετά δύσκολα) 1,2-κυκλοπροσθήκης. Η σειρά των αντιδράσεων προσθήκης είναι δυνατό να μεταβληθεί, με την επιλογή των κατάλληλων συνθηκών.
Αντιδράσεις Diels–Adler
Δίνει αντιδράσεις Diels–Adler, τόσο ως διένιο, όσο και ως διενόφιλο.[6]
Ενυδάτωση
Με επίδραση θειικού οξέος και στη συνέχεια νερού (ενυδάτωση), παράγονται τα ακόλουθα παράγωγα:[7]
- Η 1,4-ενυδάτωση δίνει 1-κυκλοβουτενυλομεθανόλη.
- Η 1,2-ενυδάτωση δίνει 2-μεθυλενο-1-μεθυλοκυκλοβουτανόλη.
- Η 2,3-ενυδάτωση, μετά από αρχική 1,4-προσθήκη, δίνει 2-μεθυλο-1-υδροξυμεθυλοκυκλοβουτανόλη.
Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως
Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX), όπου X: Cl, Br, I, παράγονται τα ακόλουθα παράγωγα:[8]
- Η 1,4-προσθήκη δίνει 2-αλομεθυλοκυκλοβουτενυλομεθανόλη.
- Η 1,2-προσθήκη δίνει 1-αλομεθυλο-2-μεθυλενοκυκλοβουτανόλη.
- Η 2,3-προσθήκη, μετά από αρχική 1,4-προσθήκη, δίνει 2-αλομεθυλο-1-υδροξυμεθυλοκυκλοβουτανόλη.
Αν ως υποαλογονώδες οξύ χρησιμοποιηθεί υποφθοριώδες οξύ (HOF), παράγονται τα ακόλουθα παράγωγα:
- Η 1,4-προσθήκη δίνει 2-φθορομεθυλοκυκλοβουτενυλομεθανόλη.
- Η 1,2-προσθήκη δίνει 2-μεθυλενο-1-φθοροκυκλοβουτυλομεθανόλη.
- Η 2,3-προσθήκη, μετά από αρχική 1,4-προσθήκη, 1-υδροξυμεθυλο-2-φθορο-2-φθορομεθυλοκυκλοβουτανόλη.
Καταλυτική υδρογόνωση
Με καταλυτική υδρογόνωση παράγονται τα ακόλουθα παράγωγα:[9]
- Η 1,4-προσθήκη δίνει 1-μεθυλοκυκλοβουτένιο.
- Η 1,2-προσθήκη δίνει 2-μεθυλο-1-μεθυλενοκυκλοβουτάνιο.
- Η 2,3-προσθήκη, μετά από αρχική 1,4-προσθήκη, δίνει 1,2-διμεθυλοκυκλοβουτάνιο.
- Η 1,2-κυκλοπροσθήκη, τελικά δίνει εξάνιο.
Αλογόνωση
Με επίδραση αλογόνου (X2) (αλογόνωση) παράγονται τα ακόλουθα παράγωγα:[10]
- Η 1,4-προσθήκη δίνει 1,2-δι(αλομεθυλο)κυκλοβουτένιο.
- Η 1,2-προσθήκη δίνει 1-αλο-1-αλομεθυλο-2-μεθυλενοκυκλοβουτάνιο.
- Η 2,3-προσθήκη, μετά από αρχική 1,4-προσθήκη, δίνει 1,2-διαλο-1,2-δι(αλομεθυλο)κυκλοβουτάνιο.
Υδραλογόνωση
Με προσθήκη υδραλογόνου, παράγονται τα ακόλουθα παράγωγα:[11]
- Η 1,4-προσθήκη δίνει 1-αλομεθυλο-2-μεθυλο-1-κυκλοβουτένιο.
- Η 1,2-προσθήκη δίνει 1-αλο-2-μεθυλενο-1-μεθυλοκυκλοβουτάνιο.
- Η 2,3-προσθήκη, μετά από αρχική 1,4-προσθήκη, δίνει 1-αλο-1-αλομεθυλο-2-μεθυλοκυκλοβουτάνιο.
- Η 1,2-κυκλοπροσθήκη, τελικά δίνει 1,2,2-τριαλεξάνιο (CH3CH2CX2CH2X).
Υδροκυάνωση
Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN) (υδροκυάνωση), παράγονται τα ακόλουθα παράγωγα:
- Η 1,4-προσθήκη δίνει 2-μεθυλοκυκλοβουτενυλαιθανονιτρίλιο.
- Η 1,2-προσθήκη δίνει 2-μεθυλενο-1-μεθυλοκυκλοβουτυλομεθανονιτρίλιο.
- Η 2,3-προσθήκη, μετά από αρχική 1,4-προσθήκη, δίνει 1-κυανομεθυλο-2-μεθυλοκυκλοβουτυλομεθανονιτρίλιο.
Πηγές
- Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.126, 6.1.
- 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