Προπένιο

Το προπένιο είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, δηλαδή υδρογονάνθρακας, με χημικό τύπο C₃H₆ και σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH=CH₂. Πιο συγκεκριμένα, είναι το μέλος της ομόλογης σειράς των αλκενίων με τρία (3) άτομα άνθρακα. Το χημικά καθαρό προπένιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι εξαιρετικά εύφλεκτο άχρωμο και άοσμο αέριο. Συνήθως μεταφέρεται και αποθηκεύεται σε υγρή μορφή υπό πίεση (όπως και το υγραέριο, του οποίου αποτελεί συστατικό), γιατί έτσι καταλαμβάνει πολύ μικρότερο όγκο (1 μέρος υγρού δίνει 250 μέρη αερίου) και αυτό διευκολύνει τη μεταφορά και τη χρήση του. Είναι πολύ λίγο διαλυτό στο νερό, αλλά διαλύεται εύκολα στην αιθανόλη.

Προπένιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Προπένιο
Άλλες ονομασίες	Προπυλένιο Μεθυλοβινύλιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C3H6
Μοριακή μάζα	42,08 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH=CH2
Συντομογραφίες	MeVi
Αριθμός CAS	115-07-1
SMILES	C=CC
Αριθμός UN	1077
Δομή
Διπολική ροπή	0,366 D
Είδος δεσμού	C#3-H: σ(2sp³-1s) C#1,#2-H: σ(2sp²-1s) C=C: σ(2sp²-2sp²) π(2p-2p) C-C: σ(2sp²-2sp³)
Πόλωση δεσμού	C--H+: 3%
Μοριακή γεωμετρία	Επίπεδη εκτός μεθυλίου
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	1 Κυκλοπροπάνιο ()
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	−185,2 °C
Σημείο βρασμού	−47,6 °C
Πυκνότητα	1,81 kg/m3 (0,999753269 atm, 15 °C)
Διαλυτότητα στο νερό	0,61 g/m³
Ιξώδες	8,34 µPa·s (υγρό, 16,7 °C)
Εμφάνιση	Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Θερμότητα πλήρους καύσης	1971 kJ
Βαθμός οκτανίου	101,8
Επικινδυνότητα
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	4 1 1
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Παρουσία στον Τιτάνα

Το προπένιο βρίσκεται στη φύση της Γης ως παραπροϊόν των διεργασιών της βλάστησης και της ζύμωσης.

Το προπένιο ανακαλύφθηκε (σχετικά πρόσφατα) σε ίχνη στην κατώτερη ατμόσφαιρα του Τιτάνα. Πιο συγκεκριμένα, στις 30 Σεπτεμβρίου 2013, η NASA ανακοίνωσε ότι το διαστημικό όχημα Κασσίνι (Cassini orbiter space craft), τμήμα της αποστολής Κασσίνι- Χόιχενς (Cassini-Huygens mission), ανακάλυψε τη φυσική παρουσία προπενίου στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα, χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία.

Ονοματολογία

Η ονομασία «προπένιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) 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.

Δομή, φυσικές ιδιότητες και ισομέρεια

Το προπένιο έχει υψηλότερη πυκνότητα και σημείο ζέσης από το αιθένιο, εξαιτίας της μεγαλύτερης μοριακής μάζας του. Έχει, ακόμη, λίγο μικρότερο σημείο ζέσης από το προπάνιο, και έτσι είναι πιο πτητικό. Δεν έχει ισχυρά πολωμένους ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά και πάλι το μόριο έχει μικρή διπολική ροπή (0,366 D), εξαιτίας της μειωμένης συμμετρίας (με ομάδα σημείων του είναι C₃), σε σύγκριση με το αιθένιο (με συμμετρία D_2h).

Αυτός ο υδρογονάνθρακας έχει μόριο που αποτελείται από τρία (3) άτομα υδρογόνου και ένα μεθύλιο ενωμένα με ένα ζεύγος ατόμων άνθρακα που συνδέονται μεταξύ τους με ένα διπλό δεσμό. Όλα αυτά τα έξι (6) συνολικά άτομα (5 υδρογόνου + 1 άνθρακα από το μεθύλιο) είναι ομοεπίπεδα. Η γωνία HCH 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. Ή 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.

Ο δεσμός C_#3-C_#2 είναι δεσμός 2sp³-2sp², αλλά τα υβριδικά τροχιακά sp² έχουν μικρότερο συντελεστή επικαλύψεως με τα sp³ (σε σύγκριση με τα τελευταία μεταξύ τους), αφού έχουν και μικρότερο μέγεθος, επομένως ο δεσμός 2sp³-2sp² έχει μήκος δεσμού σχετικά μικρότερο από το αντίστοιχο μήκος των δυο (2) δεσμών 2sp³-2sp³ του προπανίου. Εξ' άλλου, εξαιτίας του υπερσυζυγικού φαινομένου, ο δεσμός αυτός εμφανίζει σε ένα ποσοστό μερικό χαρακτήρα διπλού δεσμού, που οφείλεται στη συμμετοχή του ακολούθων δομών συντονισμού:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}\rightleftarrows CH_{2}=CHCH_{2}^{-}+H^{+}}$

Οι παραπάνω αναφερόμενοι παράγοντες εξηγούν ότι το μήκος δεσμού C_#3-C_#2 του προπενίου είναι 150 pm, σχετικά μειωμένο σε σύγκριση με τα μήκη δεσμών του προπανίου, που είναι 154 pm.

Έχει τον ίδιο χημικό τύπο (C₃H₆) με το κυκλοπροπάνιο, οπότε οι δυο αυτοί υδρογονάνθρακες είναι ισομερή θέσης, αλλά διαφέρουν στις ιδιότητες, περισσότερο στις χημικές.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C#3-H	σ	2sp³-1s	109 pm	3% C- H+
C#1,2-H	σ	2sp²-1s	108,7 pm	3% C- H+
C#3-C#2	σ	2sp³-2sp²	150 pm
C=C	σ	2sp²-2sp²	133,9 pm
C=C	π	2p-2p	133,9 pm
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
C#3	-0,09
C#1	-0,06
C#2	-0,03
H	+0,03

Παραγωγή

Το προπένιο παράγεται από ορυκτά καύσιμα, όπως είναι το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, και σε πολύ μικρότερο ποσοστό, ο γαιάνθρακας. Το προπένιο είναι παραπροϊόν της διύλισης πετρελαίου και της επεξεργασίας του φυσικού αερίου. Κατά τη διάρκεια της διύλισης του πετρελαίου, το αιθένιο, το προπένιο και άλλες χημικές ενώσεις παράγονται ως προϊόντα της πυρόλυσης μεγαλύτερων (σε μοριακή πολυπλοκότητα και μοριακή μάζα) υδρογονανθρακικών μορίων. Για παράδειγμα:

$\mathrm {CH_{3}(CH_{2})_{6}CH_{3}{\xrightarrow[{\kappa \alpha \tau \alpha \lambda {\acute {\upsilon }}\tau \eta \varsigma }]{\triangle }}CH_{3}(CH_{2})_{3}CH_{3}+CH_{3}CH=CH_{2}}$

Συνήθως, ο στόχος της πυρόλυσης αυτής είναι το αιθένιο, αλλά το αποτέλεσμά της περιλαμβάνει και την παραγωγή σημαντικών ποσοτήτων προπενίου, και άλλων προϊόντων. Το προπένιο μπορεί να διαχωριστεί με κλασματική απόσταξη από τα μίγματα υδρογονανθράκων που λαμβάνονται από την πυρόλυση ή και άλλες διεργασίες διύλισης πετρελαίου, καθώς και από την επεξεργασία φυσικού αερίου. Το προπένιο καθαρότητας διυλστηρίου περιέχει καθαρό προπένιο σε ποσοστό που κυμαίνεται από περίπου 50 ως 70%.

Μια αλλαγή σε ελαφρύτερες πρώτες ύλες του ατμοπυρολυτήρα, με σχετικά χαμηλότερες αποδόσεις προπένιου και η μειωμένη ζήτηση βενζίνης αυτοκινήτων σε ορισμένες περιοχές, έχει δημιουργήσει μια ανισορροπία μεταξύ προσφοράς και ζήτησης για προπένιο, που για τις χρήσεις των μεθόδων παραγωγής του, γίνεται όλο και πιο σημαντική.

Η παραγωγή προπενίου έχει παραμείνει στατική στα περίπου 35 εκατομμύρια τόννους, στην Ευρώπη και στη Βόρεια Αμερική μόνο, από το 2000 ως το 2008, αλλά έχει αυξηθεί στην Ανατολική Ασία, πιο αξιωσημείωτα στη Σιγκαπούρη και στην Κίνα. Η συνολική παγκόσμια παραγωγή προπενίου είναι προς το παρόν η μισή σχεδόν αυτής του αιθενίου.

Τεχνολογίες «επί σκοπού» παραγωγής προπένιου

Μετάθεση ολεφινών

Η μετάθεση ολεφινών, γνωστή και ως «δυσαναλογοποίηση», είναι μια αναστρέψιμη χημική αντίδραση μεταξύ αιθένιο και βουτενίων, κατά την οποία σχηματίζεται προπένιο. Για παράδειγμα:

$\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}{\xrightarrow {\triangle }}2CH_{3}CH=CH_{2}}$

Η μέθοδος αυτή μπορεί να πετύχει μια απόδοση ως και περίπου 90% κατά βάρος. Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και αν δεν είναι διαθέσιμο κανένα βουτένιο. Στην περίπτωση αυτή, μέρος του αιθενίου μετατρέπεται αρχικά με αντίδραση διμερισμού σε βουτένιο, που χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την αντίδραση μετάθεσης με το υπόλοιπο αιθένιο:

$\mathrm {2CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {\triangle }}CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}}$

Αφυδρογόνωση προπανίου

Η αφυδρογόνωση προπανίου μετατρέπει το προπάνιο σε προπένιο και υδρογόνο, ως παραπροϊόν. Η απόδοση αυτής της αντίδρασης είναι περίπου 85% κατά μάζα. Τα παραπροϊόντα της αντίδρασης, δηλαδή κυρίως το υδρογόνο, αξιοποιείται συνήθως ως καύσιμο για την παραγωγή της θερμότητας που απαιτεί η αντίδραση. Αυτή η μέθοδος είναι λαοφιλής σε ορισμένες περιοχ΄ρς, όπως η Μέση Ανατολή, όπου υπάρχει αφθονία επιχειρήσεων που ασχολούνται με το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και τα παράγωγα προϊόντα αυτών. Το προπένιο που παράγεται σε αυτές τις περιοχές καλύπτει, όχι μόνο τις τοπικές ανάγκες, αλλά εξάγεται επίσης στην Κίνα, όπου πολλά σχετικά έργα έχουν προγραμματιστεί να εκτελεστούν. Ωστόσο, επειδή η προσφορά φυσικού αερίου στις ΗΠΑ έχει αυξηθεί σημαντικά, εξαιτίας της εξόρρυξης σχιστολιθικού φυσικού αερίου, οι τιμές του προπανίου είναι πτωτικές. Έτσι, αρκετές εταιρίες χημικών προϊόντων στις ΗΠΑ εκμεταλλεύονται τις φθηνές πρώτες ύλες. Παρ' όλα αυτά υπάρχουν, ανά τον πλανήτη, πολλές υπό κατασκευή νέες μονάδες αφυδρογόνωσης προπανίου για την παραγωγή προπενίου. Υπάρχουν ήδη πέντε (5) αδειοδοτημένες σχετικές τεχνολογίες. Η διεργασία αφυδρογόνωσης μπορεί, λοιπόν, να επιτευχθεί με αρκετές διαφορετικές εμπορικά εφαρμόσιμες τεχνολογίες. Η κύριες διαφορές μεταξὐ τους βρίσκεται στον καταλύτη που χρησιμοποιούν, το σχεδιασμό του αντιδραστήρα και τις στρατηγικές που επιτυγχάνουν μεγαλύτερους ρυθμούς μετατροπής:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{3}{\xrightarrow[{Pd,Pt}]{\triangle }}CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}}$

Μετατροπή μεθανόλης σε προπένιο

Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή, αρχικά μετατρέπεται «συνθετικό αέριο», δηλαδή μίγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου, σε μεθανόλη. Έπειτα μετατρέπεται η μεθανόλη σε αιθένιο ή και σε προπένιο. Η μέθοδος παράγει επίσης νερό, ως παραπροϊόν. Το συνθετικό αέριο παράγεται (συνήθως) από την «αναμόρφωση» του φυσικού αερίου ή με αναμόρφωση με ατμό προϊόντων του πετρελαίου, όπως η νάφθα, ή με «αεριοποίηση» γαιάνθρακα. Μια μεγάλη ποσότητα μεθανόλης χρειάζεται για την παραγωγή αιθένιου ή και προπένιου σε μια μονάδα παγκόμιας κλίμακας παραγωγής.

Υψηλής δριμύτητας ρευστή καταλυτική πυρόλυση

Η «υψηλής δριμύτητας ρευστή καταλυτική πυρόλυση» (High Severity Fluid Catalytic Cracking, FCC), χρησιμοποιεί την παραδοσιακή τεχνολογία ρευστής καταλυτικής πυρόλυσης υπό έντονες συνθήκες, όπως υψηλότερες αναλογίες καταλύτη - πετρελαίου, υψηλότερους ρυθμούς εκτόξευσης ατμού, υψηλότερες θερμοκρασίες, κ.τ.λ., με σκοπό τη μεγιστοποίηση της (παραγόμενης) ποσότητας προπενίου και άλλων ελαφρών προϊόντων. Μια μονάδα υψηλής δριμύτητας ρευστής καταλυτικής πυρόλυσης συνήθως εφοδιάζεται με αέριες παραφίνες και κατάλοιπα, παράγοντας 20-25% κατά μάζα προπένιο, μαζί με μεγαλυτερους όγκους βενζίνης αυτοκινήτων και παραπροϊόντα διύλισης.

Πυρόλυση ολεφινών

Η πυρόλυση ολεφινών περιλαμβάνει μια μεγάλη ομάδα τεχνολογιών που καταλυτικά μετατρέπουν μεγάλα μόρια ολεφινών, με τέσσερα (4) ως οκτώ (8) άτομα άνθρακα, κυρίως σε προπάνιο και σε μικρές ποσότητες αιθενίου.

Άλλες διαθέσιμες μέθοδοι

Με αφυδάτωση αλκανολών

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 1-προπανόλης ή 2-προπανόλης παράγεται προπένιο. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηηλές θερμοκρασίες, >150 °C:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}OH{\xrightarrow[{>150^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}O}$
ή
$\mathrm {CH_{3}CH(OH)CH_{3}{\xrightarrow[{>150^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}O}$

Με απόσπαση υδραλογόνου

Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από προπυλοαλογονίδιο ή ισοπροπυλοαλογονίδιο παράγεται προπένιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}X+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{3}CH=CH_{2}+NaX+H_{2}O}$
ή
$\mathrm {CH_{3}CHXCH_{3}+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{3}CH=CH_{2}+NaX+H_{2}O}$

Με απόσπαση αλογόνου

Με απόσπαση αλογόνου (X₂) από 1,2-διαλοπροπάνιο παράγεται προπένιο:

$\mathrm {CH_{2}CHXCH_{2}X+Zn{\xrightarrow {}}CH_{3}CH=CH_{2}+ZnX_{2}}$

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση προπινίου ή προπαδιενίου παράγεται προπένιο:

$\mathrm {CH_{3}C\equiv CH+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}CH_{3}CH=CH_{2}}$
ή
$\mathrm {CH_{2}=C=CH_{2}+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}CH_{3}CH=CH_{2}}$

Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιακών αλάτων

Με θέρμανση τεταρτοταγών αμμωνιακών αλάτων (μέθοδος Hoffmann) παράγεται και προπένιο. Π.χ.:

$\mathrm {[RN^{+}(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}]OH^{-}{\xrightarrow {\triangle }}CH_{3}CH=CH_{2}+RN(CH_{3})_{2}+H_{2}O}$

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε καρβονυλικές ενώσεις

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων σε αιθανάλη ή μεθανάλη (μέθοδος Wittig) παράγεται προπένιο. Π.χ.:

$\mathrm {Ph_{3}P^{+}-^{-}CH_{2}+CH_{3}CHO{\xrightarrow {}}CH_{3}CH=CH_{2}+Ph_{3}PO}$
ή
$\mathrm {Ph_{3}P^{+}-^{-}CHCH_{3}+HCHO{\xrightarrow {}}CH_{3}CH=CH_{2}+Ph_{3}PO}$

Χημική συμπεριφορά και παράγωγα

Τέλεια καύση

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+{\frac {9}{2}}O_{2}{\xrightarrow {\triangle }}3CO_{2}+3H_{2}O+1971\;kJ}$

Ενυδάτωση

1. Επίδραση θειικού οξέος και στη συνέχεια νερού (ενυδάτωση). Παράγεται 2-προπανόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(OSO_{3}H)CH_{3}{\xrightarrow {+H_{2}O}}CH_{3}CH(OH)CH_{3}+H_{2}SO_{4}}$

2. Υδροβορίωση και στη συνέχεια επίδραση με υπεροξείδιο του υδρογόνου. Παράγεται αρχικά τρι(προπυλο)βοράνιο και στη συνέχεια 1-προπανόλη:

$\mathrm {3CH_{3}CH=CH_{2}+BH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3}CH_{2}CH_{2})_{3}B{\xrightarrow {+3H_{2}O_{2}}}3CH_{3}CH_{2}CH_{2}OH+H_{3}BO_{3}}$

• Προσθήκη διβορανίου έχει το ίδιο αποτέλεσμα.

3. Αντίδραση με οξικό υδράργυρο και έπειτα αναγωγή. Παράγεται ισοπροπανόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+(CH_{3}COO)_{2}Hg+H_{2}O{\xrightarrow[{-CH_{3}COOH}]{Et_{2}O}}CH_{3}CH(OH)CH_{2}HgOOCCH_{3}{\xrightarrow {+NaBH_{4}+NaOH}}CH_{3}CH(OH)CH_{3}+Hg+CH_{3}COONa+Na[BH_{3}OH]}$

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

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HCHO{\xrightarrow {H_{2}SO_{4}}}CH_{3}CH=CHCH_{2}OH}$

Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως

Με επίδραση (προσθήκη) υπαλογονώδους οξέος (HOX) σε προπένιο παράγεται 1-αλο-2-προπανόλη, γιατί η προσθήκη γίνεται κατά την έννοια X^δ+-OH^δ-:

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

• Ως αλογόνα εδώ εννοούνται το χλώριο, το βρώμιο και το ιώδιο, γιατί το υποφθοριώδες οξύ δίνει διαφορετική αντίδραση προσθήκης, δηλαδή κατά την έννοια F^δ--OH^δ+, με προϊόν αντίδρασης τη 2-φθορο-1-προπανόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HOF{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCH_{2}OH}$

Καταλυτική υδρογόνωση

Με καταλυτική υδρογόνωση προπενίου σχηματίζεται προπάνιο. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}CH_{3}CH_{2}CH_{3}}$

Αλογόνωση

1. Με προσθήκη αλογόνου (X₂) (αλογόνωση) σε προπένιο έχουμε προσθήκη στο διπλό δεσμό. Παράγεται 1,2-διαλοπροπάνιο. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+X_{2}{\xrightarrow {CCl_{4}}}CH_{3}CHXCH_{2}X}$

2. Υποκατάσταση σε αλλυλική θέση, δηλαδή σε α θέση ως προς το διπλό δεσμό. Παράγεται αλλυλοαλογονίδιο: Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+X_{2}{\xrightarrow {\triangle }}XCH_{2}CH=CH_{2}+HX}$

• Η αλλυλική υποκατάσταση ευνοείται με ορισμένα ειδικά αντιδραστήρια αλογόνωσης ή σε υψηλές θερμοκρασίες. Ένα παράδειγμα τέτοιου ειδικού αντιδραστηρίου είναι το αποκαλούμενο NBS (N-Bromo Succinide), που με προπένιο δίνει 2-βρωμοπροπένιο, από το οποίο με υποκατάσταση μπορούν να ληφθούν εύκολα και τα υπόλοιπα 2-αλοπροένια.

Υδραλογόνωση

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε προπένιο
1. Με τον πολικό μηχανισμό. Παράγεται ισοπροπυλαλογονίδιο:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HX{\xrightarrow {}}CH_{3}CHXCH_{3}}$

2. Με το μηχανισμό ελευθέρων ριζών. Παράγεται προπυλαλογονίδιο:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HX{\xrightarrow {hv\;{\acute {\eta }}\;ROOR}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}X}$

Υδροκυάνωση

Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN) (υδροκυάνωση) σε προπένιο παράγεται μεθυλοπροπανονιτρίλιο:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HCN{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCN}$

Καταλυτική αμμωνίωση

1. Προσθήκη αμμωνίας (NH₃). Παράγεται ισοπροπυλαμίνη. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+NH_{3}{\xrightarrow {Ti\;{\acute {\eta }}\;Zr}}CH_{3}CH(NH_{2})CH_{3}}$

2. Προσθήκη πρωτοταγούς αμίνης. Παράγεται δευτεροταγής ισοπροπυλαμίνη. Π.χ. με μεθυλαμίνη παράγεται ισοπροπυλομεθυλαμίνη:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+CH_{3}NH_{2}{\xrightarrow {Ti\;{\acute {\eta }}\;Zr}}(CH_{3})_{2}CHNHCH_{3}}$

3. Προσθήκη δευτεροταγούς αμίνης. Παράγεται τριτοταγής ισοπροπυλαμίνη. Π.χ. με διμεθυλαμίνη παράγεται ισοπροπυλοδιμεθυλαμίνη:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+CH_{3}NHCH_{3}{\xrightarrow {Ti\;{\acute {\eta }}\;Zr}}(CH_{3})_{2}CHN(CH_{3})_{2}}$

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

Καταλυτική φορμυλίωση

Με προσθήκη μεθανάλης (CO + H₂) σε προπένιο παράγεται μεθυλοπροπανάλη ή βουτανάλη. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+CO+H_{2}{\xrightarrow[{10-100\;atm,40^{o}C-100^{o}C}]{Co\;{\acute {\eta }}\;Rh}}x(CH_{3})_{2}CHCHO+(1-x)CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHO}$

• Τα παραπάνω μέταλλα που αναφέρονται στη θέση του καταλύτη χρησιμοποιούνται με τη μορφή συμπλόκων τους και όχι σε μεταλλική μορφή.
• Όπου $\mathrm {x\in [0,1]}$. Εξαρτάται απο την επιλογή του καταλύτη. Οι σχετικά ογκώδεις καταλύτες ευνοούν το δεύτερο παραγωγο.

Προσθήκη αλδεΰδών ή κετονών κατά Prins

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

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+2HCHO{\xrightarrow[{\chi \alpha \mu \eta \lambda {\acute {\eta }}\;\theta \epsilon \rho \mu o\kappa \rho \alpha \sigma {\acute {\iota }}\alpha }]{H_{2}SO_{4}}}{\frac {1}{2}}}$ $\mathrm {+{\frac {1}{2}}}$

Διυδροξυλίωση

Η διυδροξυλίωση προπενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη H₂O₂:

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

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

2. Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Παράγει 1.2-προπανοδιόλη:

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

3. Μέθοδος Sharpless. Παράγει 1,2-προπανοδιόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+OsO_{4}+2H_{2}O+2KOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(OH)CH_{2}OH+K_{2}[OsO_{2}(OH)_{4}]}$

4. Μέθοδος Woodward. Παράγει 1,2-προπανοδιόλη:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+2RCOOAg+I_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH(OH)CH_{2}OH+2AgI+2RCOOH}$

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

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HCHO+H_{2}O{\xrightarrow {H_{2}SO_{4}}}CH_{3}CH(OH)CH_{2}CH_{2}OH}$

Οζονόλυση

Με επίδραση όζοντος (οζονόλυση) σε προπένιο, παράγεται ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε μεθανάλη και αιθανάλη:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+{\frac {2}{3}}O_{3}{\xrightarrow[{Zn}]{H_{2}O}}HCHO+CH_{3}CHO}$

Επίδραση πυκνού υπερμαγγανικού καλίου

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO₄) παράγεται τελικά διοξείδιο του άνθρακα και αιθανικό οξύ:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+4KMnO_{4}+2H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}CH_{3}COOH+CO_{2}+4MnO_{2}+2K_{2}SO_{4}+3H_{2}O}$

• Ενδιάμεσα παράγεται και μεθανικό οξύ, αλλά είναι ευαίσθητο σε τυχόν περίσσεια υπερμαγγανικού καλίου:

$\mathrm {3CH_{3}CH=CH_{2}+8KMnO_{4}+4H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}3CH_{3}COOH+3HCOOH+8MnO_{2}+4K_{2}SO_{4}+4H_{2}O}$

Καταλυτική προσθήκη οξυγόνου

Κατά την καταλυτική προσθήκη οξυγόνου σε προπένιο σχηματίζεται μεθυλοξιράνιο. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+{\frac {1}{2}}O_{2}{\xrightarrow[{1-2MPa,\;280^{o}C}]{Ag}}}$

Αλλυλική οξυγόνωση

Με επίδραση διοξειδίου του σεληνίου (SeO₂) σε προπένιο παράγεται 2-προπεν-1-όλη:

$\mathrm {2CH_{2}=CHCH_{3}+SeO_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{2}=CHCH_{2}OH+Se}$

• Η μέθοδος αυτή ονομάζεται αλλυλική οξείδωση.

Αντίδραση Diels–Adler

Κατά την επίδραση αλκαδιενίου (διένιου) σε προπένιο (διενόφιλο) έχουμε την ονομαζόμενη (αντίδραση Diels–Adler) που οδηγεί σε παραγωγή παραγώγου κυκλοεξενίου. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παίρνουμε 4-μεθυλοκυκλοεξένιο:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+CH_{2}=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}}$

Αντίδραση Pauson-Khand

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

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HC\equiv CH+CO{\xrightarrow {Co_{2}(CO)_{8}}}{\frac {1}{2}}}$ $\mathrm {+{\frac {1}{2}}}$

Προσθήκη καρβενίων

Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε προπένιο σχηματίζεται μεθυλοκυκλοπροπάνιο. Ταυτόχρονα όμως γίνονται και αντιδράσεις παρεμβολής στους δεσμούς C-H, οπότε παράγεται και βουτένια:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}KCl+H_{2}O+{\frac {3}{7}}CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}+{\frac {2}{7}}CH_{3}CH=CHCH_{3}+{\frac {1}{7}}(CH_{3})_{2}C=CH_{2}+{\frac {1}{7}}}$

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

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

2. Παρεμβολή στον (1) δεσμό C-H: 1.

3. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH₂-H: 3.

4. Προσθήκη στον (ένα διπλό) δεσμό: 1.

Προκύπτει επομένως μίγμα βουτενίου-1 ~43%, βουτενίου-2 ~29%, μεθυλοπροπένιου ~14% και μεθυλοκυκλοπροπάνιου ~14%.

• Με τη χρήση μεθυλενοδιιωδιδίου (CH₂I₂) και ψευδαργύρου (Zn) επικρατεί η προσθήκη, οπότε είναι:

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

Πολυμερισμός

Διακρίνονται τα ακόλουθα είδη πολυμερισμού προπένιου, που όλα παράγουν πολυπροπυλένιο:
1. Κατιονικός. Π.χ.:

$\mathrm {vCH_{3}CH=CH_{2}{\xrightarrow {H^{+}}}[-CH(CH_{3})CH_{2}-]_{v}}$

2. Ελευθέρων ριζών. Π.χ.:

$\mathrm {vCH_{3}CH=CH_{2}{\xrightarrow {ROOH}}[-CH(CH_{3})CH_{2}-]_{v}}$

• Όπου v ο βαθμός πολυμερισμού.

Φωτοχημικός διμερισμός

Κατά το φωτοχημικό διμερισμό προπενίου σχηματίζεται 1,3-διμεθυλοκυκλοβουτάνιο. Π.χ.:

$\mathrm {2CH_{3}CH=CH_{2}{\xrightarrow {hv}}}$

Φωτοχημική προσθήκη αλδεϋδών ή κετονών

Με επίδραση αλδευδών ή κετονών σε προπένιο απουσία νερού σχηματίζονται και φωτοχημικά παράγωγα οξετανίου (Αντίδραση Paterno–Büchi). Π.χ. με μεθανάλη παράγεται 3-μεθυλοξετάνιο :

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+HCHO{\xrightarrow {hv}}}$

Αρυλίωση

Με επίδραση αρενίων (A_rH) παράγεται παράγωγο γενικού τύπου A_rCH(CH₃)₂. Π.χ. με βενζολίου, παρουσία καταλύτη, παράγεται κουμένιο:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+PhH{\xrightarrow {}}PhCH(CH_{3})_{2}}$

• Πρόκειται για αντίδραση προσθήκης του βενζολίου (PhH) με την έννοια Ph^δ--H^δ+.

Εφαρμογές

Το προπένιο είναι η δεύτερη σε οικονομική σημασία πρόδρομη ύλη της πετροχημικής βιομηχανίας, μετά από το αιθένιο (CH₂=CH₂). Αποτελεί την πρόδρομη ύλη για μια ευρεία ποικιλία προϊόντων. Η παραγωγή πολυπροπυλενίου αντιστοιχεί περίπου στα 2/3 της ζήτησης της ένωσης. Το πολυπροπυλένιο, με τη σειρά του, χρησιμοποιείται για την παραγωγή φιλμ, για το πακετάρισμα, πλαστικά ράφια και ντουλάπια, καθώς και σε άλλες εφαρμογές πλαστικών. Το 2008 η αξία των παγκόσμιων πωλήσεων προπενίου ανερχόταν σε πάνω από 90 δισεκατομύρια δολλάρια ΗΠΑ. Το προπένιο και το βενζόλιο (PhH) μαζί μετατρέπονται σε προπανόνη (CH₃COCH₃) και φαινόλη (PhOH), μέσω της διεργασίας κουμενίου. Ακόμη, από το προπένιο παράγεται η 2-προπανόλη [CH₃CH(OH)CH₃], το προπενονιτρίλιο (CH₂=CHCN), από το οποίο παράγονται οι ακρυλικές ίνες, το οξετάνιο, που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ρητινών, πολυουρεθάνης και άλλων χημικών και η επιχλωρυδρίνη.

Έτσι, συνολικά, το προπυλένιο αποτελεί βασική πρόδρομη ύλη για την παρασκευή μιας πλειάδας προϊόντων όπως είναι για παράδειγμα: προβολείς των αυτοκινήτων, συνθετικά χαλιά, οπτικοί δίσκοι (CD), συσκευασίες και μεμβράνες τροφίμων, μονώσεις, παράθυρα ασφαλείας (αλεξίσφαιρα), μαγειρικά σκεύη, χρώματα και προστατευτικά τοίχων, συνθετικές ίνες για ρούχα και κουβέρτες και άλλα.

Περιβάλλον και ασφάλεια

Το προπένιο παράγεται και στη φύση από τη βλάστηση, ιδιαίτερα από κάποια είδη δέντρων. Είναι επίσης προϊόν (ατελούς) καύσης από δασικές πυρκαγιές και τσιγάρα, καθως και από εξατμίσεις οχημάτων και αεροσκαφών. Αποτελεί συχνή πρόσμιξη σε φυσικό αέριο, φωταέριο και υγραέριο. Έχουν παρατηρηθεί συγκεντρώσεις προπενίου στην ατμόσφαιρα της τάξης των 0,1 - 4,8 ppb, στην ύπαιθρο, των 4 - 10,5 ppb σε αστικές περιοχές, καθώς και 7 - 260 ppb σε βιομηχανικές περιοχές.

Στις ΗΠΑ και σε κάποιες Ευρωπαϊκές χώρες έχει θεσπιστεί ένα νόμιμο μέγιστο επιτρεπόμενο όριο 500 ppm οκτάωρης έκθεσης. Θεωρείται ότι ανήκει στις πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC, Volatile Organic Compounds) και οι εκπομπές του έχουν τεθεί υπό κανονισμό από πολλά κράτη, αλλά όχι και από τις ΗΠΑ. Με τη σχετικά μικρή ημιζωή του στην ατμόσφιρα, το προπένιο δεν αναμένεται να είναι βιοαποικοδομήσιμο.

Το προπένιο έχει μικρή οξεία τοξικότητα από εισπνοή του. Η εισπνοή του προπενίου προκαλεί αναισθητικά φαινόμενα και, σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις, αναισθησία. Ωστόσο, ο κίνδυνος ασφυξίας από προπένιο στους ανθρώπους είναι 10 φορές υψηλότερος (23%) σε σύγκριση με το ελάχιστο όριο ευφλεκτότητας.

Το προπυλένιο είναι ένα εξαιρετικά εύφλεκτο αέριο το οποίο πρέπει να αποθηκεύεται σε καλά αεριζόμενο μέρος και μακριά από πηγές ανάφλεξης.
Είναι αέριο βαρύτερο του αέρα και σε περίπτωση διαρροής χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή γιατί μπορεί να δημιουργήσει εκρηκτικές ατμόσφαιρες με αυτόν.

Αποθήκευση και χειρισμός

Επειδή το προπένιο είναι πτητικό και εύφλεκτο πρέπει να λαμβάνονται μέτρα ασφαλίας ώστε να αποφευχθούν οι κίνδυνοι ανάφλεξης κατά το χειρισμό του αερίου. Αν το προπένιο φορτωθεί σε κάποιο μηχανισμό που μπορεί να προκαλέσει ανάφλεξη, ο μηχανισμός αυτός πρέπει να είναι σβηστός κατά τη διάρκεια της φόρτωσης, της εκφόρτωσης, της σύνδεσης και της αποσύνδεσης σωλήνων τροφοδοσίας. Το προπένιο συνήθως αποθηκεύεται σε υγρή μορφή υπό πίεση (όπως το υγραέριο), παρόλο που είναι επίσης δυνατό να αποθηκευθεί επίσης με ασφάλεια στην αέρια κατάσταση, στις συνηθισμένες θερμοκρασίες, μέσα σε εγκύρως αποδεκτά δοχεία.

Φαρμακολογία

Το προπένιο δρα ως ηρεμιστικό στο κεντρικό νευρικό σύστημα, μέσω του αλοεστερικού αγονισμού του αποδέκτη GABA_A. Εκτεταμένη έκθεση στο προπένιο μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα νάρκωση, αμνησία, κώμα και τελικά θάνατο, με μηχανισμό ισοδύναμο με αυτό της χρήσης υπερβολικής δόσης βενζοδιζεπίνης. Η κατάπωσή του μπορεί επίσης να προκαλέσει θάνατο από ασφυξία (αιφνίδιο θάνατο από εισπνοή ατμών του).

Πηγές

• Πληροφορίες για το προπυλένιο στη ιστοσελίδα της Shell.
• Η σελίδα της Ε.Ε. για την ταξινόμηση και την επισήμανση των επικίνδυνων ουσιών</
• Τοξικολογική εκτίμηση προπυλενίου.
• Μέθοδοι παραγωγής προπυλενίου.
• Occupational Safety and Health Information.
• 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