Φθοροκυκλοπροπάνιο

Το φθοροκυκλοπροπάνιο η κυκλοπροπυλοφθορίδιο έχει χημικό τύπο C3H5F και σύντομο συντακτικό Fluorocyclopropane.png. Ανήκει στα κυκλοαλκυλοαλογονίδια, δηλαδή στα μονοϊσοκυκλικά κορεσμένα οργανομονοαλογονίδια. Έχει τα ακόλουθα τρία (3) ισομερή θέσης:

  1. 1-φθοροπροπένιο ή (1-)προπενυλοφθορίδιο.
  2. 2-φθοροπροπένιο ή ισοπροπενυλοφθορίδιο.
  3. 3-φθοροπροπένιο ή αλλυλοφθορίδιο.
Φθοροκυκλοπροπάνιο
Fluorocyclopropane.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Φθοροκυκλοπροπάνιο
Φθοροκυκλοπροπάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C3H5F
Μοριακή μάζα 60,070203 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
Fluorocyclopropane.png
Αριθμός CAS 1959-79-1
SMILES FC1CC1
Αριθμός EINECS 212-459-6[1]
Δομή
Μοριακή γεωμετρία ο δακτύλιος των ανθρακατόμων σχηματίζει ισόπλευρο τρίγωνο
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 3
ισοπροπενυλοφθορίδιο
προπενυλοφθορίδιο-1
αλλυλοφθορίδιο
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

ΟνοματολογίαΕπεξεργασία

Η ονομασία «φθοροκυκλοπροπάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα: Το αρχικό πρόθεμα «φθορ(ο)-» που δηλώνει την ύπαρξη ενός (1) ατόμου φθορίου, ως κύριας χαρακτηριστικής ομάδας αλλά χωρίς προβλεπόμενη κατάληξη. Το επόμενο πρόθεμα «-κυκλο-» δηλώνει την ύπαρξη ενός (1) δακτυλίου στο μόριό του. Το πρώτο πρόθεμα της ονομασίας της κύριας αλυσίδας «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την απουσία διπλών ή τριπλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει κύρια χαρακτηριστική ομάδα και προβλεπόμενη χαρακτηριστική κατάληξη. Ο αριθμός θέσης του φθορίου (1-) παραλήπεται ως πλεονασμός, αφού λόγω έλλειψης άλλου σημαντικότερου χαρακτηριστικού, η κύρια ανθρακική αλυσίδα αριθμείται πάντα από το άτομο στο οποίο συνδέεται το φθόριο.

Κυκλοπροπάνια και φθοροκυκλοπροπάνιοΕπεξεργασία

«Κυκλοπροπάνια» ονομάζονται τα κυκλοαλκάνια με τριμελή δακτύλιο, που αποτελεί και το χαρακτηριστικό της δομής τους. Οι πλευρικές αλυσίδες, όταν υπάρχουν, διαμορφώνονται όπως στα αλκάνια. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της μοριακής δομής τους είναι η εμφάνιση γωνίας δεσμού   που είναι η συνηθισμένη γωνία δεσμού sp3-sp3 που αντιστοιχεί σε κορεσμένο. Ύστερα από ενεργειακή ανάλυση των πιθανών δομών - μοριακών μοντέλων με κβαντομηχανικές μεθόδους προέκυψε ως πιθανότερη η εκδοχή του sp2 υβριδισμού και της δημιουργίας δύο μοριακών τροχιακών τριών κέντρων (των τριών ατόμων C), σ (2sp2-2sp2-2sp2) και π (2p-2p-2p), με 3 ηλεκτρόνια ανά μοριακό τροχιακό, ώστε να χρησιμοποιηθούν τα 6 διαθέσιμα ηλεκτρόνια των 3 ατόμων C (τα άλλα 6 χρησιμοποούνται για τους 6 σ δεσμούς με τα 6 άτομα υδρογόνου ή και τα αλκύλια). Αντί δηλαδή των κλασσικών 3 ομοιοπολικών δεσμών δύο κέντρων μεταξύ των ατόμων C, υπάρχουν 2 ομοιοπολικοί δεσμοί τριών κέντρων.[2]

 

Εξαιτίας αυτού του γεγονότος προκύπτει η λεγόμενη «ενέργεια τάσης δεσμών» που συνυπολογίζει την ενέργεια παραμόρφωσης δεσμικής γωνίας (κατά Baeyer), που οφείλεται στη διαφορά γωνίας από την κανονική, και την ενέργεια στρέψης (κατά Piltzer), που οφείλεται στην αδυναμία του συστήματος να στρέψει τους δεσμούς του και να πάρει διαμόρρφωση αποφυγής των απώσεων τύπου Van der Waals, που αναπτύσσονται από την προσέγγιση αλληλοαπωθούμενων ατόμων και ομάδων αυτών. Ενώ λοιπόν το ισομερές προπένιο έχει θερμότητα ολικής καύσης 1.971 kcal/mole το κυκλοπροπάνιο έχει 2.088 kcal/mole. Το ΔQ = 117 kJ/mole αντιστοιχεί ακριβώς στην επιπλέον ενέργεια που παγιδεύει η ιδιάζουσα δομή του τριμελή δατυλίου.[3] Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι τα κυκλοπροπάνια να δείνουν αντιδράσεις προσθηκοδιάσπασης-1,3. Το φθοροκυκλοπροπάνιο διαφέρει από το κυκλοπροπάνιο στο ότι έχει ένα άτομο φθορίου αντί ενός ατόμου υδρογόνου.

ΠαραγωγήΕπεξεργασία

Ενδομοριακή αντίδραση WürzΕπεξεργασία

Με τη χρήση ενδομοριακής αντίδρασης Würtz, από 1,3-διβρωμο-2-φθοροπροπάνιο[4][5]

   

  • Όμως η απόδοση αυτής της αντίδρασης είναι σχετικά μικρή, αφού ταυτόχρονα διεξάγεται αναπόφευκτα και διαμοριακή[6]:

 

  • Χρησιμοποιείται περισσότερο η τροποποιημένη αντίδραση Freund με Zn, που δίνει μεγαλύτερη απόδοση στην ενδομοριακή αντίδραση. Σ' αυτήν την περίπτωση η στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης γίνεται[7][8]:

   

Βινυλοφθορίδιο και μεθυλένιοΕπεξεργασία

Με προσθήκη μεθυλενίου ([:CH2]) σε βινυλοφθορίδιο (CH2=CHF), μέσω του ζεύγους μεθυλενοδιιωδίδιου (CH2I2) - ψευδαργύρου (Zn)[9]:

   

Υποκατάσταση του υδροξυλίου σε κυκλοπροπανόληΕπεξεργασία

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε κυκλοπροπανόλη [10]:

    

  • Η αντίδραση γίνεται και χωρίς την παρουσία του καταλύτη, αλλά πολύ πιο αργά.

Από κυκλοπροπένιοΕπεξεργασία

Με υδροφθορίωση κυκλοπροπενίου παράγεται κυκλοπροπυλοφθορίδιο[11]:

    

Από κυκλοπροπυλοχλωρίδιοΕπεξεργασία

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε κυκλοπροπυλοχλωρίδιο παράγεται κυκλοπροπυλοφθορίδιο[12]:

    

Χημικές ιδιότητεςΕπεξεργασία

  • Τα κυκλοαλκάνια με τριμελή δακτύλιο (δηλαδή τα «κυκλοπροπάνια»), και τα παράγωγά τους, έχουν αρκετή ενέργεια τάσης δεσμών για να δώσουν κυκλοπροσθήκη-1,3, αλλά κάτω από πιο έντονες συνθήκες και με μικρότερη ταχύτητα αντίδρασης σε σχέση με τα αλκένια[13]:
  • Ο όρος «κυκλοπροσθήκη» σημαίνει διάσπαση δακτυλίου και προσθήκη στα άκρα της αλυσίδας που προκύπτει.
  • Εκτός των παραπάνω υπάρχει και η δυνατότητα αντιδράσεων με το φθόριο, προς διάφορα άλλα παράγωγα.

Αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης-1,3 στον κυκλοπροπανικό δακτύλιοΕπεξεργασία

Προσθήκη αλογόνουΕπεξεργασία

Με επίδραση αλογόνου είναι δυνατό να γίνει 1,3-κυκλοπροσθήκη, οπότε παράγεται κυρίως 1,3-διαλο-1-φθοροπροπάνιο

   

Καταλυτική 1,3-υδρογόνωσηΕπεξεργασία

Με καταλυτική υδρογόνωση - Παράγεται κυρίως προπυλοφθορίδιο:

   

Υδραλογόνωση-1,3Επεξεργασία

Με υδραλογόνο (ΗΧ) - Παράγεται κυρίως 1-αλο-1-φθοροπροπάνιο:

   

Υδροξυαλογόνωση-1,3Επεξεργασία

Με υπαλογονώδες οξύ (HOX) - Παράγεται τελικά κυρίως 3-αλοπροπανάλη, μέσω 3-αλο-1-φθοροπροπανόλης-1 και 3-αλο-1-προπεν-1-όλης.

  

Ενυδάτωση-1,3Επεξεργασία

Με επίδραση θειικού οξέως σε κυκλοπροπάνιo παράγεται τελικά κυρίως προπανάλη:

   

Διυδροξυλίωση-1,3Επεξεργασία

Με επίδραση υπεροξείδιο του υδρογόνου σε κυκλοπροπάνιo, παρουσία καρβονικών οξέων παράγεται τελικά κυρίως 3-υδροξυπροπανάλη:

   

Αντιδράσεις υποκατάστασης φθορίουΕπεξεργασία

  • Οι αντιδράσεις είναι πολύ πιο αργές σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλκυλαλογονίδια των άλλων αλογόνων, γιατί ο μηχανισμός που επικρατεί σ' αυτές τις αντιδράσεις υποκαταστάσεως είναι ο SN2, και ο δεσμός C-F ισχυρός.

Παραγωγή αλκοόληςΕπεξεργασία

Υδρόλυση με διάλυμα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) προς κυκλοπροπανόλη[14]:

     

Παραγωγή αιθέραΕπεξεργασία

Με αλκοολικά άλατα (RONa) προς αλκυλμεθυλαιθέρα (CH3OR)[14]:

     

Παραγωγή κυκλοαλκινίουΕπεξεργασία

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) προς κυκλοαλκίνιο. Π.χ.[14]:

     

Παραγωγή νιτριλίουΕπεξεργασία

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) προς κυκλοπροπυλομεθανονιτρίλιο (CH3CN)[14]:

     

Παραγωγή αλκυλιωδιδίουΕπεξεργασία

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) προς κυκλοπροπυλοϊωδίδιο[14]:

     

Σημειώσεις και αναφορέςΕπεξεργασία

  1. Δικτυακός τόπος ChemFamily
  2. Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.127-128, §6.2.
  3. Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985, Σελ. 125-126, §6.1.
  4. August Freund (1881). "Über Trimethylen". Journal für Praktische Chemie 26 (1): 625–635. doi:10.1002/prac.18820260125.
  5. August Freund (1882). "Über Trimethylen". Monatshefte für Chemie 3 (1): 625–635. doi:10.1007/BF01516828.
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2.
  7. G. Gustavson (1887). "Ueber eine neue Darstellungsmethode des Trimethylens". J. Prakt. Chem. 36: 300–305. doi:10.1002/prac.18870360127. http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k90799n/f308.table.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 154, §6.5.Β1.
  9. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, σελ. 138, §9.2Β5β.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.1, R = κυκλοπροπύλιο, X = F.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.1., X = F
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.
  13. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.24, §1.2.
  14. 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 186, §7.3.1.

ΠηγέςΕπεξεργασία

  1. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  2. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982
  3. Αναστάσιου Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  4. Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ ΈκδοσηΘεσσαλονίκη 1991
  5. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985
  6. Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη, «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ, θεσσαλονίκη 1983
  7. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Φαίδωνα Χατζημηχαλάκη, «Εργαστηριακός Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1986
  8. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη: «Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985