1-φθοροπεντάνιο

To 1-φθοροπεντάνιο ή 1-πεντυλοφθορίδιο είναι ένα υγρό (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25 °C, P = 1 atm) αλκυλογονίδιο. Με βάση το χημικό τύπο του, C₅H₁₁F, έχει τα ακόλουθα επτά (7) ισομερές θέσης:

1. 2-φθοροπεντάνιο.
2. 3-φθοροπεντάνιο.
3. 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.
4. 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.
5. 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο.
6. 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.
7. Διμεθυλοφθοροπροπάνιο.

1-φθοροπεντάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	1-φθοροπεντάνιο
Άλλες ονομασίες	1-πεντυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C5H11F
Μοριακή μάζα	90,14 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CH2CH2CH2F
Συντομογραφίες	BuCH2F
Αριθμός CAS	592-50-7
SMILES	CCCCCF
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	7 2-φθοροπεντάνιο 3-φθοροπεντάνιο 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο διμεθυλοφθοροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο βρασμού	62-63 °C
Πυκνότητα	780 kg/m3
Δείκτης διάθλασης , nD	1,359-1,361
Εμφάνιση	Υγρό
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	-12 °C
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Η ονομασία «φθοροπεντάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «πεντ-» δηλώνει την παρουσία πέντε (5) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το αρχικό πρόθεμα «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Τέλος, ο αρχικός αριθμός θέσης «1-», δηλώνει τον αριθμό θέσης του ατόμου του άνθρακα με το οποίο ενώνεται το άτομο του φθορίου, για να διαχωριστεί η ένωση από τις ισομερείς της 2-φθοροπεντάνιο και 3-φθοροπεντάνιο.

Μοριακή δομή

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp3-1s	109 pm	3% C- H+
C-C	σ	2sp3-2sp3	154 pm
C-F	σ	2sp3-2sp3	139 pm	43% C+ F-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
F	-0,43
H	+0,03
C#1	+0,37
C#5	-0,09
C#2-#4	-0,06

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση πεντανίου παράγεται μίγμα 1-φθοροπεντανίου, 2-φθοροπεντανίου και 3-φθοροπεντανίου:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+F_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}aCH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+bCH_{3}CH_{2}CH_{2}CHFCH_{3}+cCH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+HF}$

• Όπου a + b + c = 1.
• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυφθοροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας πεντανίου.
• Η μέθοδος δεν είναι χρήσιμη αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά δύσκολος διαχωρισμός.

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 1-πεντανόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂OH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+HF{\xrightarrow {ZnF_{2}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+H_{2}O}$

• Συνήθως το υδροφθόριο παρασκευάζεται επιτόπου με την αντίδραση:

$\mathrm {2NaF+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}Na_{2}SO_{4}+2HF}$

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε 1-χλωροπεντάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂Cl):

$\mathrm {2CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Με προσθήκη 1-φθοροπροπανίου σε αιθένιο

Με προσθήκη 1-φθοροπροπάνιου σε αιθένιο παράγεται 1-φθοροπεντάνιο::

$\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

Με προσθήκη φθοραιθανίου σε κυκλοπροπάνιο

Με προσθήκη φθοραιθανίου σε κυκλοπροπάνιο παράγεται 1-φθοροπεντάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

Με προσθήκη φθορομεθανίου σε κυκλοβουτάνιο

Με προσθήκη φθορομεθανίου σε κυκλοβουτάνιο παράγεται 1-φθοροπεντάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αντιδράσεις υποκατάστασης

• 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 S_N².

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται 1-πεντανόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂OH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+AgOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+AgF}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλoπεντυλαιθέρα (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂OR):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RONa{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OR+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃). Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό πεντυλεστέρα (RCOOCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει εξανονιτρίλιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CN):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NaCN{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RLi{\xrightarrow {}}RCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 1-πεντανοθειόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂SH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NaSH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}SH+NaF}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλοπεντυλοθειαιθέρα (RSCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδοπεντάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂I):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NaI{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}I+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει 1-πενταναμίνη (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂NH₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}NH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλο-1-πενταναμίνη (RNHCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-1-πενταναμίνη [R'N(CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃)R]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}R{\acute {}}\;N(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})R+HF}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλοπεντυλαμμώνιο {[R'N(CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃)(R)R"]F}:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+R{\acute {}}\;N(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;{\xrightarrow {}}[R{\acute {}}\;N(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;]F}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 1-πεντανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+PH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}PH_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 1-νιτροπεντάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂NO₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}NO_{2}+AgF}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 1-φαινυλοπεντάνιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {AlF_{3}}}PhCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+HF}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει πεντυλολίθιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+2Li{\xrightarrow[{-10^{o}C}]{|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Li+LiF}$

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει 1-πεντυλομαγνησιοφθορίδιο :

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}MgF}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται πεντάνιο.:

$\mathrm {4CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiF+AlF_{3}}$

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται πεντάνιο.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+Zn+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnClF}$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται πεντάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+SiH_{3}F}$

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+RSnH_{2}F}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 1-φθορεπτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂F):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-φθορο-1-επτένιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH=CHF):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH=CHF}$

3. Η αντίδραση του 1-φθοροπεντανίου με συζυγή αλκαδιένια αντιστοιχεί κυρίως σε 1,4-προσθήκη, αν και είναι επίσης δυνατές η 1,2-προσθήκη και η 3,4-προσθήκη, με τη χρήση κατάλληλων συνθηκών. Π.χ:

$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}RCH_{2}FCH=CHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$ (1,4-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}RCH=CHCHFCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$ (1,2-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}RCHFCH(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})CH=CH_{2}+{\frac {1}{2}}RCH(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})CHFCH=CH_{2}}$ (3,4-προσθήκη)

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1-φθοροκτάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει πεντοξυ-2-φθοραιθάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 1-φθοροπεντάνιο παράγεται 1-πεντένιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH=CH_{2}+NaF+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

• Τα καρβένια (π.χ. [:CH₂]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμε:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {3}{11}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+{\frac {2}{11}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+{\frac {2}{11}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}F+{\frac {2}{11}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}F+{\frac {2}{11}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHFCH_{3}+KCl+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH₂-H. Παράγεται 1-φθορεξάνιο.

2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#2H-H: Παράγεται 2-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο.

3. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#3H-H: Παράγεται 3-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο.

4. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#3H-H: Παράγεται 4-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο.

5. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#1H-H: Παράγεται 2-φθορεξάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 1-φθορεξάνιου ~27%, 2-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~18%, 3-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~18%, 4-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~18% και 2-φθορεξάνιου ~18%.

Πηγές

• 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
• Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985