Τα 2-βουτένια (Ε-2-βουτένιο και Z-2-βουτένιο, αντίστοιχα)[2] είναι δύο (2) γεωμετρικά ισομερείς οργανικές χημικές ενώσεις, που περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C4H8 και σύντομο συντακτικό τύπο CH3CH=CHCH3. Είναι μέλη της ομόλογης σειράς των αλκενίων, με τέσσερα (4) άτομα άνθρακα. Με βάση χημικό τύπο τους έχουν 4 ισομερή θέσης:

  1. 1-βουτένιο (α-βουτυλένιο).
  2. Μεθυλοπροπένιο (γ-βουτυλένιο).
  3. Κυκλοβουτάνιο.
  4. Μεθυλοκυκλοπροπάνιο.
2-βουτένιο
Γενικά
Όνομα IUPAC 2-βουτένιο
Άλλες ονομασίες β-βουυλένιο
1,2-διμεθυλαιθυλένιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C4H8
Μοριακή μάζα 56,11 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH3CH=CHCH3
Συντομογραφίες MeCH=CHMe
Αριθμός CAS 107-01-7
SMILES CC=CC
InChI 1/C4H8/c1-3-4-2/h3-4H,1-2H3
Αριθμός EINECS 203-452-9
Αριθμός RTECS EM2932000
ChemSpider ID 11719
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 4
1-βουτένιο (CH3CH=CHCH3)
Μεθυλοπροπένιο (CH3CH=C(CH3)2),
Κυκλοβουτάνιο
()
Μεθυλοκυκλοπροπάνιο
()
Γεωμετρικά ισομερή 2
2E-Βουτένιο
2Z-Βουτένιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -139 °C (Ε-)
-105 °C (Ζ-)
Σημείο βρασμού -4 °C (Ε-)
1 °C (Ζ-)
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Θερμότητα πλήρους
καύσης
2628 kJ
Βαθμός οκτανίου 101,6[1]
Επικινδυνότητα
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704

4
1
0
 
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Για την ακρίβεια, τα 2-βουτένια είναι τα απλούστερα αλκένια που για τα οποία υπάρχει το φαινόμενο της γεωμετρικής ισομέρειας. Το μίγμα τους είναι πετροχημικό προϊόν, που παράγεται βιομηχανικά με καταλυτική πυρόλυση αργού πετρελαίου ή με διμερισμό του αιθενίου. Οι κύριες εφαρμογές του είναι η παραγωγή βενζίνης ή 1,3-βουταδιενίου[3], αν και κάποιο ποσοστό του χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή βουτανόνης, μέσω υδρόλυσης των 2-βουτενίων, για ενδιάμεση παραγωγή 2-βουτανόλης, που οξειδώνεται, στη συνέχεια, παράγοντας τη βουτανόνη. Τα δυο γεωμετρικά ισομερή βουτανόνη είναι εξαιρετικά δύσκολο να διαχωριστούν με απόσταξη, εξαιτίας της μεγάλης εγγύτητας των θερμοκρασιών βρασμού τους (~4 °C το Z-2-βουτένιο και ~1 °C το E-2-βουτένιο[4]). Ωστόσο, ο διαχωρισμός τους δεν είναι απαραίτητος, για τις περισσότερες εφαρμογές τους, αφού και τα δυο έχουν όμοια χημική συμπεριφορά στις περισσότερες επιθυμητές αντιδράσεις τους. Ένα τυπικό βιομηχανικό 2-βουτένιο[5] περιέχει 70% Z-2-βουτένιο και 30% E-2-βουτένιο. Συνήθως περιέχει επίσης 1% ή λίγο περισσότερο βουτάνιο και 1-βουτένιο, καθώς και μικρότερα ποσοστά μεθυλοπροπάνιο, 1,3-βουταδιένιο και βουτίνια, ως βιομηχανικές προσμίξεις[3].

Μεταξύ τους τα δυο γεωμετρικά ισομερή 2-βουτένια διαφέρουν ελάχιστα σε φυσικές και χημικές ιδιότητες, αν και το E-2-βουτένιο έχει διπολική ροπή 0, ενώ το Z-2-βουτένιο έχει διπολική ροπή >0. Γι' αυτό το E-2-βουτένιο είναι ελαφρά σταθερότερο από το Z-2-βουτένιο. Είναι δυνατή η μετατροπή του ενός ισομερούς στο άλλο.

Ονοματολογία

Επεξεργασία

Η ονομασία «βουτένιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-εν-» δείχνει την παρουσία ενός (1) διπλού δεσμού μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες, δηλαδή ότι είναι υδρογονάνθρακας. Τέλος τοποθετείται υποχρεωτικά στην αρχή ο αριθμός θέσης (2-) του διπλού δεσμού του, για να υπάρχει διάκριση των ισομερών.

Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο που αποτελείται από δύο (2) άτομα υδρογόνου και δύο μεθύλια ενωμένα με ένα ζεύγος ατόμων άνθρακα που συνδέονται μεταξύ τους με ένα διπλό δεσμό. Όλα αυτά τα έξι (6) συνολικά άτομα (4 υδρογόνου + 2 άνθρακα στα δύο μεθύλια) είναι ομοεπίπεδα. Η δεσμική γωνία HC=C είναι 119°, δηλαδή πολύ κοντά στις 120° που προβλέπονται για τον sp² υβριδισμό των ατόμων άνθρακα, που συνδέονται με διπλό δεσμό. Η περιστροφή του δεσμού C=C απαιτεί (σχετικά) υψηλή ποσότητα ενέργειας, γιατί απαιτεί την (προσωρινή) διάσπαση του π-δεσμού.

Ο π-δεσμός στο μόριο του προπενίου είναι υπεύθυνος για τη χρήσιμη δραστικότητά του. Η περιοχή του διπλού δεσμού χαρακτηρίζεται από (σχετικά) υψηλή ηλεκτρονιακή πυκνότητα, που επομένως είναι ευάλωτη σε επιδράσεις ηλεκτρονιόφιλων. Πολλές αντιδράσεις του προπενίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του προπενίου.

Δεσμοί[6]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C#1,#4-H σ 2sp³-1s 109 pm 3% C- H+
C#2,3-H σ 2sp²-1s 108,7 pm 3% C- H+
C#1-C#2 σ 2sp³-2sp² 151 pm
C#3-C#4 σ 2sp²-2sp³ 151 pm
C=C σ 2sp²-2sp² 133,9 pm
C=C π 2p-2p 133,9 pm
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
C,#1,#4 -0,09
C#2,#3 -0,03
H +0,03

Παραγωγή

Επεξεργασία

Με πυρόλυση αλκανίων

Επεξεργασία

Με πυρόλυση αλκανίων (βιομηχανική μέθοδος) παράγονται μίγματα που περιέχουν και 2-βουτένιο. Π.χ.:

 

Με αφυδάτωση αλκανολών

Επεξεργασία

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 2-βουτανόλης παράγεται 2-βουτένιο. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηηλές θερμοκρασίες, >150 °C[7]:

 

Με απόσπαση υδραλογόνου

Επεξεργασία

Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από 2-βουτυλοαλογονίδιο παράγεται 2-βουτένιο:[8]:

 

Με απόσπαση αλογόνου

Επεξεργασία

Με απόσπαση αλογόνου (X2) από 2,3-διαλοβουτάνιο παράγεται βουτένιο-2[9]:

 

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση

Επεξεργασία

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση 2-βουτινίου ή 1,3-βουταδιένιου παράγεται 2-βουτένιο, με δυνατότητα παραγωγής του ενός ή του άλλου γεωμερικού ισομερούς, ανάλογα με τα αντιδραστήρια[10]:
1.

 

2.

 

3.

 

4.

 

Με καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων

Επεξεργασία

Με καταλυτική αφυδρογόνωση βουτανίου, παράγεται και 2-βουτένιο:

 

  • Όπου  .

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε καρβονυλικές ενώσεις

Επεξεργασία

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίου σε αιθανάλη (μέθοδος Wittig) παράγεται 2-βουτένιο. Π.χ.[11]:

 

Παράγωγα

Επεξεργασία

Τέλεια καύση

Επεξεργασία

 

Ενυδάτωση

Επεξεργασία

1. Επίδραση θειικού οξέος και στη συνέχεια νερού (ενυδάτωση). Παράγεται 2-βουτανόλη[12]:

 

2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου. Παράγεται δευτεροταγές βουτυλοβοράνιο και στη συνέχεια 2-βουτανόλη[13]:

 

3. Αντίδραση με οξικό υδράργυρο και έπειτα αναγωγή. Παράγεται 2-βουτανόλη:

 

4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Prins με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2-βουτένιο απουσία νερού. Π.χ. με μεθανάλη προκύπτει 2-μεθυλο-1-βουτεν-2-όλη:

 

Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως

Επεξεργασία

Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) σε 2-βουτένιο παράγεται 3-αλο-2-βουτανόλη[14]:

 

  • Το HOX παράγεται συνήθως επιτόπου με την αντίδραση:

 

Καταλυτική υδρογόνωση

Επεξεργασία

Με καταλυτική υδρογόνωση 2-βουτένιο σχηματίζεται βουτάνιο. Π.χ.[15]:

 

Αλογόνωση

Επεξεργασία

1. Με προσθήκη αλογόνου (X2) (αλογόνωση) σε 2-βουτένιο έχουμε προσθήκη στο διπλό δεσμό. Παράγεται 2,3-διαλοβουτάνιο. Π.χ.[16]:

 

2. Υποκατάσταση σε αλλυλική θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς το διπλό δεσμό. Παράγεται 1-αλο-2-βουτένιο: Π.χ.:

 

Υδραλογόνωση

Επεξεργασία

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε 2-βουτένιο παράγεται 2-βουτυλαλογονίδιο[17]:

 

Καταλυτική αμμωνίωση

Επεξεργασία

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH3). Παράγεται 2-βουταναμίνη. Π.χ.:

 

  • Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.

2. Προσθήκη πρωτοταγούς αμίνης. Παράγεται δευτεροταγής δ. βουτυλαμίνη. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται N-μεθυλο-2-βουταναμίνη:

 

3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Παράγεται τριτοταγής δ. βουτυλαμίνη. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται N,N-διμεθυλο-2-βουταναμίνη:

 

Καταλυτική φορμυλίωση

Επεξεργασία

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H2) σε 2-βουτένιο παράγεται 2-μεθυλοβουτανάλη. Π.χ.:

 

  • Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.

Προσθήκη αλδεΰδών ή κετονών κατά Prins

Επεξεργασία

Με επίδραση περίσσειας αλδευδών ή κετονών σε 2-βουτένιο απουσία νερού, σε χαμηλή θερμοκρασία παράγεται παράγωγο διοξανίου. Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 4,5-διμεθυλο-1,3-διοξάνιο:

   

Διυδροξυλίωση

Επεξεργασία

Η διυδροξυλίωση 2-βουτενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη H2O2[18]:

1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου. Παράγει 2,3-βουτανοδιόλη:

 

2. Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Παράγει βουτανοδιόλη-2,3:

 

3. Μέθοδος Sharpless. Παράγει 2,3-βουτανοδιόλη:

 

4. Μέθοδος Woodward. Παράγει 2,3-βουτανοδιόλη:

 

5. Υπάρχει ακόμη δυνατότητα για 1,3-διυδροξυλίωση με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2-βουτένιο, παρουσία νερού. Αντίδραση Prins. Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 2-μεθυλο-1,3-βουτανοδιόλη:

 

Οζονόλυση

Επεξεργασία

Με επίδραση όζοντος (οζονόλυση) σε 2-βουτένιο, παράγεται ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε αιθανάλη[19]:

 

Επίδραση πυκνού υπερμαγγανικού καλίου

Επεξεργασία

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) παράγεται αιθανικό οξύ[20]:

 

Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου

Επεξεργασία

Κατά την καταλυτική προσθήκη οξυγόνου σε 2-βουτένιο σχηματίζεται 1,2-διμεθυλοξιράνιο. Π.χ.:

   

Αλλυλική οξείδωση

Επεξεργασία

Με επίδραση διοξειδίου του σεληνίου σε 2-βουτένιο παράγεται 2-βουτεν-1-όλη:

 

Αντίδραση Diels–Adler

Επεξεργασία

Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε 2-βουτένιο (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Diels–Adler) που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγου κυκλοεξενίου. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παίρνουμε 4,5-διμεθυυλοκυκλοεξένιο[21]:

   

Αντίδραση Pauson-Khand

Επεξεργασία

Κατά την επίδραση αλκίνια και μονοξειδίου του άνθρακα σε 2-βουτένιο έχουμε την ονομαζόμενη αντίδραση Pauson-Khand που στην περίπτωση αυτή οδηγεί σε παραγωγή παραγώγων κυκλοπεντόνης. Π.χ. με αιθίνιο παράγεται 4,5-διμεθυλο-2-κυκλοπεντενόνη:

   

Προσθήκη καρβενίων

Επεξεργασία

Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε 2-βουτένιο σχηματίζεται 1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιο. Ταυτόχρονα όμως γίνονται και αντιδράσεις παρεμβολής στους δεσμούς C-H, οπότε παράγονται και πεντένια[22]:

   

  • 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 C-H: 2.
3. Προσθήκη στον (ένα διπλό) δεσμό: 1.

Προκύπτει επομένως μίγμα 2-πεντενίου ~67%, 2-μεθυλο-2-βουτένιου ~22% και [1,2-διμεθυλοκυκλοπροπάνιου ~11%.

Πολυμερισμός

Επεξεργασία

Διακρίνονται τα ακόλουθα είδη πολυμερισμού 2-βουτένιου, που όλα παράγουν β-πολυβουτυλένιο[23]:
1. Κατιονικός. Π.χ.:

 

2.. Ελευθέρων ριζών. Π.χ.:

 

Φωτοχημικός διμερισμός

Επεξεργασία

Κατά το φωτοχημικό διμερισμό 2-βουτένιου σχηματίζεται 1,2,3,4-τετραμεθυλοκυκλοβουτάνιο[24]:

   

Φωτοχημική προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών

Επεξεργασία

Με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε 2-βουτένιο απουσία νερού σχηματίζονται και φωτοχημικά παράγωγα οξετανίου (Αντίδραση Paterno–Büchi). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 1,2-διμεθυλοξετάνιο:

   

Αρυλίωση

Επεξεργασία

Με επίδραση αρενίων (ArH) παράγεται παράγωγο γενικού τύπου ArCH(CH3)CH2CH3. Π.χ. με βενζολίου, παρουσία καταλύτη, παράγεται 2-φαινυλοβουτάνιο[25]:

 

  • Πρόκειται για αντίδραση προσθήκης του βενζολίου (PhH) με την έννοια Phδ--Hδ+.

Αναφορές και σημειώσεις

Επεξεργασία
  1. Διαδικτυακός τόπος researchgate.net
  2. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  3. 3,0 3,1 2-Butene, SIDS Initial Assessment Report, Geneva: United Nations Environment Programme, February 1995..
  4. Chemical Safety Information from Intergovernmental Organizations
  5. Συνήθως διακινείται ως ενιαίο προϊόν με αυτήν την ονομασία.
  6. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.3.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1β.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.158, §6.9.4.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.4.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.3.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.5.
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.4.
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.6.
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.2.
  17. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.1.
  18. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9.
  19. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.10.
  20. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.8.
  21. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 160, §6.10.2.
  22. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.7., σελ. 155, §6.7.3, R = CH3CH=CHCH2 ή CH3CΗ=CCH3
  23. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.11.
  24. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.12.
  25. Kniel, Ludwig· Winter, Olaf· Stork, Karl (1980). Ethylene, keystone to the petrochemical industry. New York: M. Dekker. ISBN 0-8247-6914-7. 
  • 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