Μεθυλογερμανάνιο

χημική ένωση

Το μεθυλογερμανάνιο[3] (αγγλικά: methylgermane) είναι οργανική ένωση, που περιέχει άνθρακα, γερμάνιο και υδρογόνο, με μοριακό τύπο είναι CH6Ge, αν και αποδίδεται επίσης αναλυτικότερα με τον ημισυντακτικό του τύπο CH3GeH3. Είναι η απλούστερη οργανική ένωση του γερμανίου.

Μεθυλογερμανάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC Μεθυλογερμανάνιο
Άλλες ονομασίες Γερμανυλομεθάνιο
Γερμαναιθάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος CGeH6
Μοριακή μάζα 90,69834 amu[1]
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH3GeH3
Συντομογραφίες MeGeH3
Αριθμός CAS 1449-65-6[2]
SMILES CGe
InChI InChI=1S/CH6Ge/c1-2/h1-2H3
PubChem CID 137011
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

ΟνοματολογίαΕπεξεργασία

Από τις παραπάνω αναφερθείσες ονομασίες:

  1. Η πρώτη προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο γερμανάνιο (GeH4), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από μεθύλιο (-CH3).
  2. Η δεύτερη προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο μεθάνιο (CH4), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από γερμανύλιο (-GeH3).
  3. Η τρίτη είναι ονομασία που προκύπτει από την «ονοματολογία αντικαταστάσεως», δηλαδή αιθάνιο (CH3CH3) στο οποίο έχει αντικατασταθεί ένα άτομο άνθρακα (C) από γερμάνιο (Ge).

ΔομήΕπεξεργασία

Η δομή του ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του αιθανίου. Ωστόσο οι δεσμοί C-Ge και Ge-H είναι πολωμένοι κατά την έννοια Cδ--Geδ+ και Geδ+-Hδ-, αντίστοιχα, γιατί το γερμάνιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα (2,01 κατά Paouling) και από τον άνθρακα (2,55 κατά Paouling) και από το υδρογόνο (2,20 κατά Paouling).

Δεσμοί[4]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp³-1s 109 pm 3% C- H+
C-Ge σ 2sp³-4sp³ 195 pm 7% C- Ge+
Ge-H σ 4sp³-1s 153 pm 1% Ge+ H-
Γωνίες
HCGe 109° 28'
CGeH 109° 28'
HCH 109° 28'
HGeH 109° 28'
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[5]
H (Ge-H) -0,01
C -0,16
H (C-H) +0,03
Ge +0,10

ΠαραγωγήΕπεξεργασία

Με οργανομαγνησιακή ένωσηΕπεξεργασία

Με επίδραση μεθυλομαγνησιοϊωδίδιου (CH3MgI) σε γερμανυλοχλωρίδιο (GeH3Cl) παράγεται μεθυλογερμανάνιο[6]:

 

Με μεθυλένιοΕπεξεργασία

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH2]) σε γερμανάνιο (GeH4) παράγεται μεθυλογερμανάνιο[7]:

 

Με μεθυλολίθιο και γερμανυλοχλωρίδιοΕπεξεργασία

Με επίδραση μεθυλολιθίου (CH3Li) σε γερμανυλοχλωρίδιο (GeH3Cl) παράγεται μεθυλογερμανάνιο[8]:

 

Με καταλυτική υδρογόνωση μεθυλενογερμανανίουΕπεξεργασία

Με καταλυτική υδρογόνωση μεθυλενογερμανάνιου (CH2=GeH2) παράγεται μεθυλογερμανάνιο[9]:

 

Χημική συμπεριφορά και παράγωγαΕπεξεργασία

Το μεθυλογερμανάνιο έχει ισχυρές αναγωγικές ιδιότητες, καθώς συνδυάζει τη συμπεριφορά καρβιδίου με εκείνη υδριδίου μεταλλοειδούς.

Πυρηνόφιλη υποκατάστασηΕπεξεργασία

Διάφορα πυρηνόφιλα (Nu-) αντιδραστήρια, διασπούν, ανάλογα με τις συνθήκες, το δεσμό C-Ge ή έναν από τους δεσμούς Ge-H (πιο εύκολα). Οι μηχανισμοί που επικρατούν είναι οι SN2 και SNi. Στην πρώτη περίπτωση σχηματίζεται ενδιάμεσο ασταθές προϊόν γενικού τύπου [CH3GeH3Nu]- με δομή τριγωνικής διπυραμίδας, αφού το γερμάνιο μπορεί να αξιοποιεί και τα 4d τροχιακά του με υβριδισμό 4sp3d. Η γενική μορφή της πυρηνόφιλης υποκατάστασης υδρογόνου σε μεθυλογερμανάνιο είναι η ακόλουθη:[10].

 

  • Με ANu συμβολίζεται πυρηνόφιλο αντιδραστήριο.
  • Ο ρόλος του BF3 είναι να σχηματίζει το ενδιάμεσο σύμπλοκο [ANu-BF3] και διευκολύνει την ενεργοποίηση του ANu.
  • Παραδείγματα:

ΜεθυλογερμανανόληΕπεξεργασία

1. Με επίδραση νερού (H2O) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται υδρογόνο και μεθυλογερμανανόλη

 

  • A = H, Nu = OH.

2. Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται το αντίστοιχο στην αλκοόλη αλκάνιο (RH) και μεθυλογερμανανόλη

 

  • A = R, Nu = OH.

ΑλκοξυμεθυλογερμανάνιοΕπεξεργασία

Με επίδραση αιθέρα (ROR) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον αιθέρα αλκάνιο (RH) και αλκοξυμεθυλογερμανάνιο (CH3GeH2OR)

 

  • A = R, Nu = OR.

ΑλκινυλομεθυλογερμανάνιοΕπεξεργασία

Με επίδραση αλκινίων (RC ≡ CH) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται υδρογόνο και αλκινυλομεθυλογερμανάνιο (CH3GeH2C ≡ CR)

 

  • A = H, Nu = RC ≡ C.

ΚαρβαλκοξυμεθυλογερμανάνιοΕπεξεργασία

Με επίδραση εστέρα (RCOOR) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον εστέρα αλκάνιο (RH) και καρβαλκοξυμεθυλογερμανάνιο (CH3GeH2OOCR, εστέρας της μεθυλογερμανανόλης)

 

  • A = R, Nu = RCOO.

ΜεθυλογερμανανονιτρίλιοΕπεξεργασία

Με επίδραση νιτριλίων (RCN) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο νιτρίλιο αλκάνιο (RH) και κυανομεθυλογερμανάνιο

 

  • A = R, Nu = CN.

ΑλκυλομεθυλογερμανάνιοΕπεξεργασία

Με επίδραση οργανομεταλλικών ενώσεων (π.χ RNa) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται το αντίστοιχο υδρίδιο (π.χ. NaH) και αλκυλομεθυλογερμανάνιο (CH3GeH2R)

 

  • A = Na, Nu = R.

ΜεθυλογερμανανοθειόληΕπεξεργασία

Με επίδραση θειόλης (RSH) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται το αντίστοιχο στη θειόλη αλκάνιο (RH) και μεθυλογερμανανοθειόλη

 

  • A = R, Nu = SH.

ΑλκυλοθειομεθυλογερμανάνιοΕπεξεργασία

Με επίδραση θειαιθέρα (RSR) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο θειαιθέρα αλκάνιο (RH) και αλκυλοθειομεθυλογερμανάνιο (CH3GeH2SR)

 

  • A = R, Nu = SR.

ΜεθυλογερμανιλαλογονίδιοΕπεξεργασία

1. Με επίδραση υδραλογόνου (RX) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται υδρογόνο και αλομεθυλογερμανάνιο (CH3GeH2Χ)

 

  • A = H, Nu = X.

2. Με επίδραση αλκυλαλογονίδιου (RX) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται το αντίστοιχο αλκάνιο (RH) και αλομεθυλογερμανάνιο (CH3GeH2Χ)

 

  • A = R, Nu = X.

ΜεθυλογερμαναναμίνεςΕπεξεργασία

1. Με επίδραση αμμωνίας (NH3) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται υδρογόνο και μεθυλογερμαναναμίνη:

 

  • A = H, Nu = NH2.

2. Με επίδραση πρωτοταγούς αμίνης (RNH2) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται υδρογόνο και Ν-αλκυλομεθυλογερμαναναμίνη (CH3GeH2NHR):

 

  • A = Η, Nu = RNH.

3. Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (R2NH) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται υδρογόνο και Ν,N-διαλκυλομεθυλογερμαναναμίνη (CH3GeH2NR2):

 

  • A = Η, Nu = R2N.
  • Όπου τα δυο (2) αλκύλια R, όχι απαραίτητα ίδια.

4. Με επίδραση τριτοταγούς αμίνης (R3N) σε μεθυλογερμανάνιο παράγεται αλκάνιο (RH) και Ν,N-διαλκυλομεθυλογερμαναναμίνη (CH3GeH2NR2):

 

  • A = R, Nu = R2N.
  • Όπου τα τρία (3) αλκύλια R, όχι απαραίτητα ίδια.

ΑναγωγήΕπεξεργασία

Το μεθυλογερμανάνιο μπορεί να ανάγει αλαλκάνια (RX) σε αλκάνια (RH)[10]:

 

ΠροσθήκηΕπεξεργασία

1. Προσθήκη σε διπλούς δεσμούς. Π.χ. με αιθένιο δίνει αιθυλομεθυλογερμανάνιο:

 

2. Προσθήκη σε τριπλούς δεσμούς.. Π.χ. με αιθίνιο δίνει βινυλομεθυλογερμανάνιο:

 

3. Προσθήκη σε συζηγείς διπλούς δεσμούς. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο με 1,4-προαθήκη δίνει (2-βουτενυλο)μεθυλογερμανάνιο:

 

4. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ισοκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο δίνει μεθυλοπροπυλογερμανάνιο:

   

5. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ετεροκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με εποξυαιθάνιο δίνει αιθοξυμεθυλογερμανάνιο[11]:

   

Παρεμβολή μεθυλενίουΕπεξεργασία

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH2]) σε μεθυλογερμανάνιο παράγονται σχεδόν ισομοριακές ποσότητες αιθυλογερμανάνιου (CH3CH2GeH3) και διμεθυλογερμανάνιου (CH3GeH2CH3)[12]:

 

ΠηγέςΕπεξεργασία

  • 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

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορέςΕπεξεργασία

  1. Διαδικτυακός τόπος PubChem.
  2. Διαδικτυακός τόπος ΝΙSΤ.
  3. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  4. Τα δεδομένα προέρχονται από τους πίνακες δεδομένων των στοιχείων άνθρακα, γερμανίου και υδρογόνου και τις πηγές «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982»
  5. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.4Α., Ge αντί Si.
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3., Ge αντί Si.
  8. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, σελ. 42, §4.3, Ge αντί Si.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.6., προσαρμογή για μεθυλενογερμανάνιο.
  10. 10,0 10,1 Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1., Ge αντί Si.
  11. Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = H-.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.