Μεθυλοβουτίνιο

Το (3-)μεθυλο(-1-)βουτίνιο (αγγλικά: 3-methyl-1-butyne) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C₅H₈ και ημισυντακτικό τύπο (CH₃)₂CHC≡CH. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκινίων.

Μεθυλοβουτίνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Μεθυλοβουτίνιο
Άλλες ονομασίες	Ισοπροπυλακετυλένιο Ισοπροπυλαιθίνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C5H8
Μοριακή μάζα	68.12
Σύντομος συντακτικός τύπος	(CH3)2CHC≡CH
Συντομογραφίες	iPrC≡CH
Αριθμός CAS	598-23-2
SMILES	CC(C)C#C
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	25
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-9°C
Σημείο βρασμού	29,5 °C
Πυκνότητα	666 kg/m³
Διαλυτότητα στο νερό	Αδιάλυτο
Εμφάνιση	Διαφανές, άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το χημικά καθαρό μεθυλοβουτίνιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι εξαιρετικά εύφλεκτο υγρό.

Παραγωγή

Με απόσπαση υδραλογόνων

Με απόσπαση δύο ισοδυνάμων υδραλογόνου (HX) από 1,1-διαλο-3-μεθυλοβουτάνιο, με χρήση υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), παράγεται μεθυλοβουτίνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CHX_{2}+2NaOH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CH2C\equiv CH+2NaX+2H_{2}O}$

Με βρωμίωση και μετά απόσπαση υδροβρωμίου

Με βρωμίωση (Br₂) 3-μεθυλο-1-βουτενίου παράγεται αρχικά 1,2-διβρωμο-3-μεθυλοβουτάνιο. Μετά, με απόσπαση δύο ισοδυνάμων υδροβρωμίου (HBr) από το τελευταίο με χρήση διαλύματος νατραμιδίου (NaNH₂) σε υγρή αμμωνία (NH₃) παράγεται τελικά μεθυλοβουτίνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH=CH_{2}+Br_{2}{\xrightarrow {-60^{o}C}}(CH_{3})_{2}CHCHBrCH_{2}Br{\xrightarrow[{\upsilon \gamma \rho {\acute {\eta }}\;NH_{3}}]{+2NaNH_{2}}}(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+2NaBr+2NH_{3}}$

Με απόσπαση αλογόνων

Με απόσπαση δύο ισοδυνάμων αλογόνου (X₂) 1,1,2,2-τετραλο-3-μεθυλοβουτάνιο, με χρήση ψευδαργύρου (Zn), παράγεται μεθυλοβουτίνιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCHCX_{2}CHX_{2}+2Zn{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCHC\equiv CH+2ZnX_{2}}$

Με ισοπροπυλίωση αιθινίου

Το αιθινικό νάτριο (HC≡CNa) μπορεί να ισοπροπυλιωθεί με ισοπροπυλαλογονίδιο:

$\mathrm {HC\equiv CH+Na{\xrightarrow {-{\frac {1}{2}}H_{2}}}HC\equiv CNa{\xrightarrow {+CH_{3}CHXCH_{3}}}(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+NaX}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

• Εμφανίζει όλες τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ακόρεστων υδρογονανθράκων:

Καύση

• Με το οξυγόνο (O₂) του αέρα καίγεται παρέχοντας κυανή φλόγα εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+7O_{2}{\xrightarrow {}}5CO_{2}+4H_{2}O+3.038\;kJ}$

Ενυδάτωση

Με επίδραση θειικού οξέος (H₂SO₄) και στη συνέχεια νερού (Η₂Ο, ενυδάτωση) σε μεθυλοβουτίνιο , παρουσία ιόντων υδραργύρου (Hg²⁺), παράγεται (ττελικά) μεθυλοβουτανόνη [(CH₃)₂CHCOCH₃]:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+H_{2}O{\xrightarrow {Hg^{2+}}}(CH_{3})_{2}CHCOCH_{3}}$

• Ενδιάμεσα παράγεται 3-μεθυλο-1-βουτεν-2-όλη [(CΗ₃)₂CΗC(OH)=CH ασταθής ενόλη], που τελικά ισομερειώνεται σε μεθυλοβουτανόνη .

Προσθήκη υπαλογονώδους οξέος

Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) μεθυλοβουτίνιο παράγεται 1-αλομεθυλοβουτανόνη [(CΗ₃)₂CHCΟCΗ₂Χ[:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+HOX{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCOCH_{2}X}$

• Το HOX παράγεται συνήθως ιin situ με την αντίδραση:

$\mathrm {2H_{2}O+X_{2}{\xrightarrow {}}2HOX}$

• Ενδιάμεσα παράγεται 1-αλο-3-μεθυλο-1-βουτεν-2-όλη [(CΗ₃)₂CHC(ΟH)=CΗX, ασταθής ενόλη], που τελικά ισομερειώνεται σε 1-αλομεθυλοβουτανόνη.

Καταλυτική υδρογόνωση

Με καταλυτική υδρογόνωση (H₂) μεθυλοβουτίνιου σχηματίζεται αρχικά 3-μεθυλο-1-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια υδρογόνου) μεθυλοβουτάνιο.:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}(CH_{3})_{2}CHCH=CH_{2}{\xrightarrow[{+H_{2}}]{Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{3}}$

Αλογόνωση

Με επίδραση αλογόνου (X₂, αλογόνωση) σε μεθυλοβουτίνιο έχουμε προσθήκη στον τριπλό δεσμό. Παράγεται αρχικά 1,2-διαλο-3-μεθυλο-1-βουτένιο, και στη συνέχεια (με περίσσεια αλογόνου), 1,1,2,2-τετραλο-3-μεθυλοβουτάνιο.:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+X_{2}{\xrightarrow {CCl_{4}}}(CH_{3})_{2}CHCX=CHX{\xrightarrow[{+X_{2}}]{CCl_{4}}}(CH_{3})_{2}CHCX_{2}CHX_{2}}$

Υδραλογόνωση

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX, υδραλογόνωση) σε μεθυλοβουτίνιο παράγεται αρχικά 2-αλο-3-μεθυλο-1-βουτένιο, και στη συνέχεια (με περίσσεια υδραλογόνου) 2,2-διαλο-3-μεθυλοβουτάνιο.:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+HX{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCX=CH_{2}{\xrightarrow {+HX}}(CH_{3})_{2}CHCX_{2}CH_{3}}$

Υδροκυάνωση

Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN, υδροκυάνωση) σε μεθυλοβουτίνιο παράγεται ισοπροπυλαιθενονιτρίλιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+HCN{\xrightarrow {}}CH_{2}=C[CH(CH_{3})_{2}]CN}$

Διυδροξυλίωση

Η διυδροξυλίωση μεθυλο-1-βουτίνιου , αντιστοιχεί σε προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου (H₂O₂) και παράγει τελικά μεθυλο-1-υδροξυβουτανόνη:

1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO₄). Π.χ.:

$\mathrm {5(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+4KMnO_{4}+2H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}5(CH_{3})_{2}CHCOCH_{2}OH+4MnO+2K_{2}SO_{4}+2H_{2}O}$

2. Επίδραση καρβοξυλικού οξέος (RCΟOH) και υπεροξείδιου του υδρογόνου (Η₂Ο₂):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+H_{2}O_{2}{\xrightarrow {RCOOH}}(CH_{3})_{2}CHCOCH_{2}OH}$

• Ενδιάμεσα παράγεται 3-μεθυλο-1-βουεν-1,2-διόλη (ασταθής ενόλη), που τελικά ισομερειώνεται σε μεθυλο-1-υδροξυβουτανόνη.

Επίδραση πυκνού υπερμαγγανικού καλίου

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO₄) παράγεται μεθυλο-2-οξοβουτανικό οξύ:

$\mathrm {5(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+6KMnO_{4}+3H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}5(CH_{3})_{2}CHCOCOOH+6MnO_{2}+3K_{2}SO_{4}+8H_{2}O}$

Προσθήκη αλκοολών

Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε μεθυλοβουτίνιο παράγεται 2-αλκοξυ-3-μεθυλο-1-βουτένιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+ROH{\xrightarrow {\triangle }}(CH_{3})_{2}CHC(OR)=CH_{2}}$

Προσθήκη καρβονικών οξέων

Με επίδραση καρβοξυλικού οξέος (RCOOH) σε μεθυλοβουτίνιο παράγεται καρβονικός ισοπροπυλοβινυλεστέρας:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+RCOOH{\xrightarrow {}}RCOOC[CH(CH_{3})_{2}]=CH_{2}}$

Οζονόλυση

Με επίδραση όζοντος (Ο₃ οζονόλυση) σε μεθυλοβουτίνιο παράγεται αρχικά ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε μεθυλο-2-οξοβουτανάλη:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+{\frac {2}{3}}O_{3}{\xrightarrow {H_{2}O}}(CH_{3})_{2}CHCOCHO}$

Σχηματισμός ακετυλιδίων

1. Με επίδραση μεταλλικού νατρίου σε μεθυλοβουτίνιο παράγεται μεθυλοβουτινικό νάτριο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+Na{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHC\equiv CNa+{\frac {1}{2}}H_{2}}$

• Το μεθuλοβουτανικό νάτριο [(CH₃)₂CHC≡CΝa] αποτελεί πρώτη ύλη για την παραγωγή άλλων παραγώγων με τριπλό δεσμό, γιατί αντιδρά με αλκυλαλογονίδια (RX):

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CNa+RX{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHC\equiv CR+NaX}$

2. Με επίδραση ιόντων αργύρου (Ag⁺) και παρουσία αμμωνίας (NH₃) παράγεται ένα λευκό στερεό, ο μεθυλοβουτινικός άργυρος:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+Ag^{+}+NH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHC\equiv CAg\downarrow +NH_{4}^{+}}$

3. Με επίδραση ιόντων μονοσθενούς χαλκού (Cu⁺) και παρουσία αμμωνίας (NH₃) παράγεται ένα κεραμιδί στερεό, ο μεθυλοβουτινικός χαλκός:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+Cu^{+}+NH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHC\equiv CCu\downarrow +NH_{4}^{+}}$

• Οι αντιδράσεις 2 και 3 χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση της ομάδας -C ≡ CH.

Προσθήκη καρβενίων

Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε μεθυλοβουτίνιο σχηματίζονται 3-μεθυλοπεντίνιο-1, διμεθυλοβουτίνιο, μεθυλοπεντίνιο-2 και 1-ισοπροπυλοκυκλοπροπένιο:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}KCl+H_{2}O+{\frac {2}{3}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})C\equiv CH+{\frac {1}{9}}(CH_{3})_{3}CC\equiv CH+{\frac {1}{9}}(CH_{3})_{2}CHC\equiv CCH_{3}+{\frac {1}{9}}}$

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

1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς C₄-Η και C_1'-H: Προκύπτει 3-μεθυλοπεντίνιο-1, ένα αλκίνιο.

2. Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό C₃-H: Προκύπτει διμεθυλοβουτίνιο, ένα αλκίνιο.

3. Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό C₁-H: Προκύπτει μεθυλοπεντίνιο-2, ένα αλκίνιο.

4. Προσθήκη στον έναν (1) τριπλό δεσμό: Προκύπτει 1-ισοπροπυλοκυκλοπροπένιο, ένα κυκλοαλκένιο.

• Προκύπτει επομένως μίγμα 3-μεθυλοπεντινίου-1 ~67%, διμεθυλοβουτινίου ~11%, μεθυλοπεντινίου-2 ~11% και 1-ισοπροπυλοκυκλοπροπενιου ~11%.
• Με τη χρήση μεθυλενοδιιωδιδίου (CH₂I₂) και ψευδαργύρου (Zn) επικρατεί η προσθήκη, οπότε είναι:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHC\equiv CH+CH_{2}I_{2}+Zn{\xrightarrow {}}ZnI_{2}+}$

Πηγές

• Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
• 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