1-φθοροβουτάνιο

1-φθοροβουτάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	1-φθοροβουτάνιο
Άλλες ονομασίες	1-βουτυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H9F
Μοριακή μάζα	76,113863 amu
Σύντομος; συντακτικός τύπος	CH3CH2CH2CH2F
Συντομογραφίες	BuF
Αριθμός CAS	2366-52-1
SMILES	CCCCF
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	3; 2-φθοροβουτάνιο; μεθυλο-1-φθοροπροπάνιο; μεθυλο-2-φθοροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο βρασμού	32-33 °C
Πυκνότητα	773,5 kg/m3
Δείκτης διάθλασης ,; nD	1,34
Εμφάνιση	Υγρό
Χημικές ιδιότητες
	Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To 1-φθοροβουτάνιο^[2] είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και φθόριο, με χημικό τύπο C₄H₉F, αλλά συχνά αποδίδεται με το σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂CH₂CH₂F. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλαλκανίων, δηλαδή στους άκυκλους κορεσμένους αλυδρογονάνθρακες. Το καθαρό 1-φθοροβουτάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και πίεση 1 atm, είναι υγρό. Με βάση το χημικό τύπο του έχει τα ακόλουθα τρία (3) ισομερές θέσης:

Ονοματολογία

Η ονομασία «φθοροβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, 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 «-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, ο αρχικός 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 2-φθοροβουτάνιο.

Μοριακή δομή

Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
Δεσμοί^[3]
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_#4	-0,09
C_#2,#3	-0,06

Παραγωγή

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 1-βουτανόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂OH)^[4]:

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

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε 1-χλωροβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂Cl)^[5]^[6]:

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

Με προσθήκη φθοραιθανίου σε αιθένιο

Με προσθήκη φθοραιθάνιου σε αιθένιο παράγεται 1-φθοροβουτάνιο^[7]::

$\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

Με προσθήκη φθορομεθανίου σε κυκλοπροπάνιο

Με προσθήκη φθορομεθανίου σε κυκλοπροπάνιο παράγεται 1-φθοροβουτάνιο^[8]:

$\mathrm {+CH_{3}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

Με προσθήκη υδροφθορίου σε κυκλοβουτάνιο

Με προσθήκη υδροφθορίου (ΗF) σε κυκλοβουτάνιο παράγεται 1-φθοροβουτάνιο^[9]:

$\mathrm {+HF{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

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 1-βουτανόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂OH)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+AgOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+AgF}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλoβουτυλαιθέρα (CH₃CH₂CH₂CH₂OR)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RONa{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OR+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH₂CH₂CH₂CH₃). Π.χ.^[10]:

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

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό βουτυλεστέρα (RCOOCH₂CH₂CH₂CH₃)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει πεντανονιτρίλιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CN)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NaCN{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RLi{\xrightarrow {}}RCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 1-βουτανοθειόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂SH)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NaSH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}SH+NaF}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλοβουτυλοθειαιθέρα (RSCH₂CH₂CH₂CH₃)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδοβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂I)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NaI{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}I+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει 1-βουταναμίνη (CH₃CH₂CH₂CH₂NH₂)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}NH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλο-1-βουταναμίνη (RNHCH₂CH₂CH₂CH₃)^[10]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-1-βουταναμίνη [R'N(CH₂CH₂CH₂CH₃)R]^[10]:

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

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλοβουτυλαμμώνιο {[R'N(CH₂CH₂CH₂CH₃)(R)R"]F}^[11]:

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

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 1-βουτανοφωσφαμίνη^[12]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+PH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}PH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 1-νιτροβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂NO₂)^[13]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}NO_{2}+AgF}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται βουτυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {AlF_{3}}}PhCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+HF}$

Περιφθορίωση

Το 1-φθοροβουτάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) δεκαφθοροβουτνιο^[14]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+7CoF_{3}{\xrightarrow {}}C_{4}F_{10}+7HF+7CoF_{2}}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει βουτυλολίθιο^[15]:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει βουτυλομαγνησιοφθορίδιο ^[16]:

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

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται βουτάνιο.^[17]:

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

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται βουτάνιο.^[18]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+Zn+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnClF}$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται βουτάνιο^[19]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+SiH_{3}F}$

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.^[20]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+RSnH_{2}F}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 1-φθορεξάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂F)^[21]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-φθορο-1-εξένιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH=CHF)^[22]:

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

3. Η αντίδραση του 1-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^[23]:

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

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1-φθορεπτάνιο^[24]:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει βουτοξυ-2-φθοραιθάνιο^[25]:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 1-φθοροβουτάνιο παράγεται 1-βουτένιο^[26]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}+NaF+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

Τα καρβένια (π.χ. [:CH₂]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμε^[27]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{3}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+{\frac {2}{9}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}F+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHFCH_{3}+KCl+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH₂-H. Παράγεται 1-φθοροπεντάνιο.

2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#2H-H: Παράγεται 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.

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

4. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#1H-H: Παράγεται 2-φθοροπεντάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 1-φθοροπεντάνιου ~33%, 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~22%, 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~22% και 2-φθοροπεντάνιου ~22%.

Σημειώσεις και αναφορές

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

[2]

[1]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

Search