Μεταξυλόλιο

Το μεταξυλόλιο ή μ-ξυλόλιο ή μεταξυλένιο ή 1,3-διμεθυλοβενζόλιο ή 1,3-διμεθυλοβενζένιο είναι ένα αρένιο, δηλαδή ένας αρωματικός υδρογονάνθρακας που το μόριό του περιέχει ένα δακτύλιο βενζολίου, και δύο μεθύλια σε δυο παραδιπλανές θέσεις του δακτυλίου. Έχει (μεταξύ άλλων) τα ακόλουθα ισομερή θέσης:

1. 1,3,6-κυκλοκτατριένιο
2. Αιθυλοβενζόλιο
3. ορθοξυλόλιο
4. παραξυλόλιο

Μεταξυλόλιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Ορθοξυλένιο 1,3-διμεθυλοβενζένιο
Άλλες ονομασίες	Μεταξυλόλιο 1,3-διμεθυλοκυκλοεξατριένιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C8H10
Μοριακή μάζα	106,17 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	μ-C6H4(CH3)2
Αριθμός CAS	108-38-3
SMILES	Cc1cc(C)ccc1 CC1=CC(C)=CC=C1
InChI	1S/C8H10/c1-7-4-3-5-8(2)6-7/h3-6H,1-2H3
Αριθμός RTECS	ZE2275000
Αριθμός UN	O9XS864HTE
PubChem CID	7929
ChemSpider ID	7641
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	>4
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-48°C
Σημείο βρασμού	139°C
Πυκνότητα	860 kg/m3
Διαλυτότητα στο νερό	Πρακτικά αδιάλυτο
Ιξώδες	0,62 cP (20°C)
Δείκτης διάθλασης , nD	1,49722
Εμφάνιση	Άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Βαθμός οκτανίου	145
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	25°C
Επικινδυνότητα
Εύφλεκτο (F), Βλαβερό (Xn)
Φράσεις κινδύνου	R10 R20 R21 R38
Φράσεις ασφαλείας	S25
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	3 1 0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Η κύρια χημική χρήση του μεταξυλόλιου είναι η παραγωγή του ισοφθαλικού οξέος, που χρησιμοποιείται σε συμπολυμερισμό με το αιθένιο παράγοντας πολυαιθυλενοτερεφθαλικό οξύ (PET, PolyEthylene Terephthalate), ένα υλικό που αξιοποιείται στην παραγωγή φυαλών αναψυκτικών. Το μεταξυλόλιο χρησιμοποιείται ακομη στην παραγωγή 2,4- και 2,6- ξυλιδίνης και μερικών άλλν χημικών.

Παραγωγή

Με μεθυλίωση βενζαλδεΰδης και αναγωγή

Με μεθυλίωση βενζαλδεΰδης κατά Friedel-Crafts, παράγεται μετααιθυλοβενζαλδεΰδη, η οποία ανάγεται στη συνέχεια κατά Wolff-Kishner:

$\mathrm {PhCHO+CH_{3}X{\xrightarrow {AlCl_{3}}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})CHO+HX}$
$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})CHO+NH_{2}NH_{2}{\xrightarrow {-H_{2}O}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})CH=NHNH_{2}{\xrightarrow {KOH}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+N_{2}\uparrow }$

• Στη θέση του τριχλωριούχου αργιλίου (AlCl₃), χρησιμοποιούνται (κατά περίπτωση) επίσης οι ακόλουθοι καταλύτες: τριχλωριούχο αντιμόνιο (SbCl₃), τετραχλωριούχος κασσίτερος (SnCl₄), τριφθοριούχο βόριο (BF₃), διχλωριούχος ψευδάργυρος (ZnCl₂), διχλωριούχος υδράργυρος (HgCl₂) και διβρωμιούχος σίδηρος (FeBr₂). Ιδιαίτερα ο τελευταίος, είναι ο καλύτερος, αν X = Br και ο BF₃, αν X = F.

Μέθοδος Fitting

Από μεταδιαλοβενζόλιο (μ-C₆H₄X₂), με τη μεθοδο Fitting, παράγεται μεταξυλόλιο:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}X_{2}{\xrightarrow {+2CH_{3}Na}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+2NaX}$

Μέθοδος Grignard

Από μεταδιαλοβενζόλιο (μ-C₆H₄X₂) με τη μέθοδο Grignard, παράγεται μεταξυλόλιο:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}X_{2}+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}\mu -C_{6}H_{4}MgX{\xrightarrow {+2CH_{3}X}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+2MgX_{2}}$

Με αποκαρβοξυλίωση κατάλληλων καρβοξυλικών οξέων

1. Aπό (μεταμεθυλοφαινυλ)αιθανικό οξύ, με αποκαρβοξυλίωση παράγεται μεταξυλόλιο:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})CH_{2}COOH+NaOH{\xrightarrow {}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})CH_{2}COONa+H_{2}O}$
$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})CH_{2}COONa+H_{2}O{\xrightarrow {\triangle }}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+NaHCO_{3}}$

2. Aπό 2,5-διμεθυλοβενζοϊκό οξύ ή 2,4-διμεθυλοβενζοϊκό οξύ ή 3,5-διμεθυλοβενζοϊκό οξύ παράγεται μεταξυλόλιο, Π.χ.:

$\mathrm {2,5-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}COOH+{\xrightarrow {}}2,5-C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}COONa+H_{2}O}$
$\mathrm {2,5-C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}COONa+H_{2}O{\xrightarrow {\triangle }}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+NaHCO_{3}}$

Με αποξυγόνωση διμεθυλοφαινόλης

Από 2,5-διμεθυλοφαινόλη ή 2,4-διμεθυλοφαινόλη ή 3,5-διμεθυλοφαινόλη με αποξυγόνωση, παράγεται μετξυλόλιο. Π.χ.:

$\mathrm {2,5-C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}OH+Zn{\xrightarrow {}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+ZnO}$

Aπό βενζαλδεΰδη

Από μεταμεθυλοβενζαλδεΰδη, με τη μέθοδο Wolff-Kishner, παράγεται μεταξυλόλιο::

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}CHO+NH_{2}NH_{2}{\xrightarrow {-H_{2}O}}\mu -C_{6}H_{4}CH=NHNH_{2}{\xrightarrow {KOH}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+N_{2}\uparrow }$

Παράγωγα

Νίτρωση

Με νίτρωση παράγει κυρίως 2,4-διμεθυλο-1-νιτροβενζόλιο και <:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+HNO_{3}{\xrightarrow {\pi .H_{2}SO_{4}}}2,4,1-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}NO_{2}+H_{2}O}$

Σουλφούρωση

Με σουλφούρωση παράγει κυρίως 2,4-διμεθυλοβενζοσουλφονικό οξύ:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}SO_{3}H+H_{2}O}$

Αλογόνωση

Με αλογόνωση παράγει κυρίως 1-αλο-2,4-διμεθυλοβενζόλιο:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+X_{2}{\xrightarrow {FeX_{3}}}1,2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}X+HX}$

• όπου Χ Cl ή Br. Τα άλλα αντίστοιχα αλονονίδια προκύπτουν σε δεύτερη φάση με υποκατάσταση αυτών με χρήση KI ή Hg₂F₂, αντίστοιχα.
• Αν χρησιμοποιηθεί φωτοχημική αλογόνωση παράγεται κυρίως μ-C₆H₄(CH₃)CH₂X.

Αλκυλίωση

Με αλκυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει κυρίως 1-αλκυλο-2,4-μεθυλοβενζόλιο:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+RX{\xrightarrow {AlX_{3}}}1,2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}R+HX}$

Ακυλίωση

Με ακυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει κυρίως 1-ακυλο-2,4-μεθυλοβενζόλιο:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+RCOX{\xrightarrow {AlX_{3}}}1,2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}COR+HX}$

Υδροξυλίωση

Υδροξυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει κυρίως 2,4-διμεθυλοφαινόλη:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+XOH{\xrightarrow {AlX_{3}}}2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2})OH+HX}$

Αμίνωση

Αμίνωση κατά Friedel-Crafts παράγει κυρίως 2,4-διμεθυλανιλίνη:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+NH_{2}X{\xrightarrow {AlX_{3}}}2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}NH_{2}+HX}$

Καρβοξυλίωση

Καρβοξυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει κυρίως 2,4-διμεθυλοβενζοϊκό οξύ:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+XCOOH{\xrightarrow {AlX_{3}}}2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}COOH+HX}$

Αναγωγή

Με αναγωγή παράγει 1,3-διμεθυλοκυκλοεξάνιο:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+3H_{2}{\xrightarrow {Pt}}1,3-C_{6}H_{10}(CH_{3})_{2}}$

Οζονόλυση

Με οζονόλυση παράγει αιθανοδιάλη και οξοπροπανάλη:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+2O_{3}{\xrightarrow {Zn}}+2CH_{3}COCHO+HCOCHO}$

Οξείδωση

Με οξείδωση με KMnO₄ παράγεται ισοφθαλικό οξύ:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+4KMnO_{4}+2H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}\mu -C_{6}H_{4}(COOH)_{2}+2MnO_{2}+2K_{2}SO_{4}+4H_{2}O}$

Αλομεθυλίωση

Με αλομεθυλίωση κατά Blanc παράγει κυρίως 1-αλομεθυλο-2,4-διμεθυλοβενζόλιο::

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+HCHO+HX{\xrightarrow {ZnX_{2}}}1,2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{2}CH_{2}X+H_{2}O}$

Επίδραση καρβενίων

Με μεθυλένιο παράγει 1,2,3-τριμεθυλοβενζόλιο, 1,2,4-τριμεθυλοβενζόλιο, μεσιτυλένιο, 1,4-διμεθυλοκυκλοεπτατριένιο-1,3,5, 1,3-διμεθυλοκυκλοεπτατριένιο-1,3,5, 1,5-διμεθυλοκυκλοεπτατριένιο-1,3,5 και μετααιθυλομεθυλοβενζόλιο:

$\mathrm {\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})_{2}+CH_{3}X+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{18}}\;1,2,3-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{3}+{\frac {1}{9}}\;1,2,4-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{3}+{\frac {1}{18}}\;1,3,5-C_{6}H_{3}(CH_{3})_{3}+{\frac {1}{3}}C_{7}H_{5}(CH_{3})_{2}+{\frac {1}{3}}\mu -C_{6}H_{4}(CH_{3})CH_{2}CH_{3}+KX+H_{2}O}$

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, Οργανική Χημεία, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982