1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο

Το 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο (αγγλικά 1,2-Dimethylcyclopropane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, δηλαδή είναι υδρογονάνθρακας, με μοριακό τύπο C₅H₁₀ ή πιο αναλυτικά 1,2-(CH₃)₂(C₃H₄). Έχει δύο γεωμετρικά ισομερή (cis-) και (trans-), ανάλογα με τη σχετική θέση των δυο μεθυλίων του σε σχέση με το επίπεδο του τριγώνου που σχηματίζει ο κυκλοπροπανικός δακτύλιος. Πιο συγκεκριμένα, είναι ένας αλεικυκλικός υδρογονάνθρακας. Δομικά αποτελείται από έναν κυκλοπροπανικό δακτύλιο (δηλαδή ανήκει στα «θυγατρικά» κυκλοπροπάνια) και από δύο (2) μεθυλομάδες (CH₃-), ενωμένες σε δύο διαφορετικά κυκλοπροπανικά άτομο άνθρακα. Το 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο ανήκει στην ομόλογη σειρά των κυκλοαλκανίων, δηλαδή των κορεσμένων υδρογονανθράκων με έναν (τουλάχιστον) δακτύλιο.

1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C5H10
Μοριακή μάζα	70,1 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος
Αριθμός CAS	2511-95-7
SMILES	CC1CC1C
InChI	1S/C5H10/c1-4-3-5(4)2/h4-5H,3H2,1-2H3
PubChem CID	102832
ChemSpider ID	92890
Δομή
Μοριακή γεωμετρία	Τα ανθρακοάτομα του δακτυλίου σε επίπεδη τριγωνική θέση.
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	9
Γεωμετρικά ισομερή	2
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-140°C (-cis) -149,6°C (-trans)
Σημείο βρασμού	37°C (-cis) 28,2°C (-trans)
Πυκνότητα	688,9 kg/m³(-cis) 664,8 kg/m³ (-trans)
Δείκτης διάθλασης , nD	1,3829 (20°C, -cis) 1,3713 (20°C, -trans)
Χημικές ιδιότητες
Θερμότητα πλήρους καύσης	3.402 kJ/mole
Επικινδυνότητα
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Παραγωγή

Ενδομοριακή αντίδραση Freund

Με την τροποποιημένη αντίδραση Φρέουντ (Freund reaction) με Zn, που δίνει μεγαλύτερη απόδοση στην ενδομοριακή αντίδραση. Σ' αυτήν την περίπτωση η στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης γίνεται:

$\mathrm {CH_{3}CHBrCH_{2}CHBrCH_{3}+Zn{\xrightarrow {}}ZnBr_{2}+}$

Με χρήση καρβενίου

Με προσθήκη μεθυλενίου σε μεθυλοπροπενίου. Το μεθυλένιο στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι καλύτερα να προέρχεται από τη χρήση συστήματος διωδομεθάνιου (ZnI₂), ψευδαργύρου (Zn) και χαλκού (Cu, ως καταλύτη):

$\mathrm {CH_{3}CH=CHCH_{3}+CH_{2}I_{2}+Zn{\xrightarrow {Cu}}ZnI_{2}+}$

Χημικές ιδιότητες

Οξείδωση

1. Όπως όλα τα κυκλοαλκάνια, το 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό :

$\mathrm {+{\frac {15}{2}}O_{2}{\xrightarrow {\triangle }}5CO_{2}+5H_{2}O+3402\;J}$

• Αν και η αντίδραση είναι μια έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C, των δεσμών C-H και των δεσμών (Ο=Ο) του O₂.
• Στην αναφερόμενη θερμότητα καύσεως εμπεριέχεται και η χημική ενέργεια που έχει αποθηκευθεί ως ενέργεια παραμόρφωσης κατά το σχηματισμό του τριμελούς δακτυλίου και απελευθερώνεται με την καύση. Η ενέργεια αυτή για τριμελή ισοκυκλικό ανθρακούχο δακτύλιο υπολογίστηκε, όπως αναφέρεται στο κυκλοπροπάνιο, σε 117 kJ/mole.

2. Παραγωγή υδραερίου:

$\mathrm {+5H_{2}O{\xrightarrow[{700-1100^{o}C}]{Ni}}5CO+10H_{2}}$

3. Καταλυτική οξυγόνωση. Με έντονες οξειδωτικές συνθήκες δίνει (κυρίως) 2,3-διμεθυλοξιράνιο:

$\mathrm {+{\frac {1}{2}}O_{2}{\xrightarrow[{1-2MPa,\;\triangle }]{Ag}}}$

4. Με υπερμαγγανικό κάλιο προς 1,2-διμεθυλοκυκλοπρονόλη:

$\mathrm {+2KMnO_{4}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}2MnO_{2}+K_{2}SO_{4}+H_{2}O+}$

Επίδραση καρβενίων

• Το 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο έχει 10 άτομα υδρογόνου για παρεμβολή καρβενίων:

$\mathrm {+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}KCl+H_{2}O+{\frac {3}{5}}}$ $\mathrm {+{\frac {1}{5}}}$ $\mathrm {+{\frac {1}{5}}}$

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

1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς CH₂-H: 6.

2. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς CH-H: 2.

2. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C-H: 2.

Προκύπτει επομένως μίγμα 1-αιθυλο-2-μεθυλοκυκλοκυκλοπροπάνιου ~60%, 1,1,2-τριμεθυλοκυκλοπροπάνιου ~20% και 1,2,3-τριμεθυλοκυκλοπροπάνιου 20%.

Νίτρωση

• Αντιδρά με ατμούς HNO₃ στην αέρια φάση:

$\mathrm {+HNO_{3}{\xrightarrow {\triangle }}+H_{2}O+a}$ $\mathrm {+b}$ $\mathrm {+c}$

όπου a, b, c > 0, a + b + c = 1.

Καταλυτική υδρογόνωση-1,3

Με καταλυτική υδρογόνωση - Παράγεται (κυρίως) μεθυλοβουτάνιο:

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

Υδραλογόνωση-1,3

Με υδραλογόνο (ΗΧ) - Παράγεται (κυρίως) 2-αλο-3-μεθυλοβουτάνιο:

$\mathrm {+HX{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(X)CH_{3}}$

Υδροξυαλογόνωση-1,3

Με υπαλογονώδες οξύ (HOX) - Παράγεται (κυρίως) 4-αλο-3-μεθυλο-2-βουτανόλη:

$\mathrm {+HOX{\xrightarrow {}}XCH_{2}CH(CH_{3})CH(OH)CH_{3}}$

• Η παραπάνω αντίδραση, ισχύει όταν X = Cl, Br ή I. Στην περίπτωση του υποφθοριώδους οξέος (HOF), παράγεται κυρίως 2-μεθυλο-3-φθορο-1-βουτανόλη:
  $\mathrm {+HOF{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCH(CH_{3})CH_{2}OH}$

Ενυδάτωση-1,3

Με επίδραση θειικού οξέος σε 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιo παράγεται (τελικά κυρίως) 3-μεθυλο-2-βουτανόλη:

$\mathrm {+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(OSO_{3}H)CH_{3}{\xrightarrow[{-H_{2}SO_{4}}]{+H_{2}O}}(CH_{3})_{2}CHCH(OH)CH_{3}}$

Διυδροξυλίωση-1,3

Με επίδραση υπεροξείδιο του υδρογόνου σε 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιo, παρουσία καρβοξυλικών οξέων παράγεται (κυρίως) 2-μεθυλο-1,3-βουτανoδιόλη:

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

Διαλογόνωση-1,3

Με διαλογόνωση-1,3 παράγεται (κυρίως) 1,3-διαλο-2-μεθυλοβουτάνιο:

$\mathrm {+X_{2}{\xrightarrow {RCOOH}}CH_{3}CHXCH(CH_{3})CH_{2}X}$

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
• [3]