1-χλωροβουτάνιο

To 1-χλωροβουτάνιο ή 1-βουτυλοχλωρίδιο είναι ένα υγρό (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25 °C, P = 1 atm) αλκυλογονίδιο. Με βάση το χημικό τύπο του, C₄H₉F, έχει τα ακόλουθα τρία (3) ισομερές θέσης:

1. 2-χλωροβουτάνιο.
2. Μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο.
3. Μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο.

1-χλωροβουτάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	1-χλωροβουτάνιο
Άλλες ονομασίες	1-βουτυλοχλωρίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H9Cl
Μοριακή μάζα	92,57 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CH2CH2Cl
Συντομογραφίες	BuCl
Αριθμός CAS	109-69-3
SMILES	CCCCCl
InChI	1S/C4H9Cl/c1-2-3-4-5/h2-4H2,1H3
Αριθμός UN	ZP7R667SGD
PubChem CID	8005
ChemSpider ID	7714
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	3 2-χλωροβουτάνιο μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-123 °C
Σημείο βρασμού	79 °C
Πυκνότητα	880 kg/m3
Εμφάνιση	Υγρό
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	3 1 1
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Η ονομασία «χλωροβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) 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 «χλωρο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου χλωρίου 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 χλωρίου, για να διαχωριστεί η ένωση από την ισομερή της 2-χλωροβουτάνιο.

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-Cl	σ	2sp3-3sp3	176 pm	9% C+ Cl-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
H	+0,03
C#1	+0,03
C#2,#3	-0,06
C#4	-0,09
Cl	-0,09

Παραγωγή

Με φωτοχημική χλωρίωση

Με φωτοχημική χλωρίωση βουτανίου παράγεται μίγμα 1-χλωροβουτανίου και 2-χλωροβουτανίου:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+Cl_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}0,28CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+0,72CH_{3}CH_{2}CHClCH_{3}+HCl}$

• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυχλωροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας βουτανίου.
• Η αναφερόμενη στοιχειομετρική αναλογία παραγωγής χλωροβουτανίων δεν συνυπολογίζει τα συμπαραγόμενα πολυχλωροπαράγωγα.
• Η μέθοδος δεν είναι χρήσιμη αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά δύσκολος ο διαχωρισμός.

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από χλώριο

1. Με επίδραση υδροχλωρίου (HCl) σε 1-βουτανόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂OH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+HCl{\xrightarrow {ZnCl_{2}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+H_{2}O}$

2. Η υποκατάσταση του OH από Cl στην 1-βουτανόλη μπορεί να γίνει και με χλωριωτικά μέσα:

1. Με πενταχλωριούχο φωσφόρο (PCl₅):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+PCl_{5}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+POCl_{3}+HCl}$

2. Με τριχλωριούχο φωσφόρο (PCl₃):

$\mathrm {3CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+PCl_{3}{\xrightarrow {}}3CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+H_{3}PO_{3}}$

3. Με θειονυλοχλωρίδιο (SOCl₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+SOCl_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+SO_{2}+HCl}$

Με προσθήκη χλωραιθανίου σε αιθένιο

Με προσθήκη χλωραιθάνιου σε αιθένιο παράγεται 1-χλωροβουτάνιο::

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

Με προσθήκη χλωρομεθανίου σε κυκλοπροπάνιο

Με προσθήκη χλωρομεθανίου σε κυκλοπροπάνιο παράγεται 1-χλωροβουτάνιο:

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

Με προσθήκη υδροχλωρίου σε κυκλοβουτάνιο

Με προσθήκη υδροχλωρίου (ΗCl) σε κυκλοβουτάνιο παράγεται 1-χλωροβουτάνιο:

$\mathrm {+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl}$

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-βουτανόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂OH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+AgOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+AgCl}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλoβουτυλαιθέρα (CH₃CH₂CH₂CH₂OR):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+RONa{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OR+NaCl}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH₂CH₂CH₂CH₃). Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό βουτυλεστέρα (RCOOCH₂CH₂CH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει πεντανονιτρίλιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CN):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+NaCN{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CN+NaCl}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+RLi{\xrightarrow {}}RCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiCl}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 1-βουτανοθειόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂SH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+NaSH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}SH+NaCl}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλοβουτυλοθειαιθέρα (RSCH₂CH₂CH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaCl}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδοβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂I):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+NaI{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}I+NaCl}$

Υποκατάσταση από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε 1-χλωροβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂Cl) παράγεται 1-φθοροβουτάνιο:

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

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει 1-βουταναμίνη (CH₃CH₂CH₂CH₂NH₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}NH_{2}+HCl}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλο-1-βουταναμίνη (RNHCH₂CH₂CH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+HCl}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-1-βουταναμίνη [R'N(CH₂CH₂CH₂CH₃)R]:

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

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει χλωριούχο N,N,N-τριαλκυλοβουτυλαμμώνιο {[R'N(CH₂CH₂CH₂CH₃)(R)R"]Cl}:

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

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 1-βουτανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+PH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}PH_{2}+HCl}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 1-νιτροβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂NO₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}NO_{2}+AgCl}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Clriedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται βουτυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl{\xrightarrow {AlCl_{3}}}PhCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+HCl}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει βουτυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει βουτυλομαγνησιοχλωρίδιο :

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}MgCl}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται βουτάνιο.:

$\mathrm {4CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiCl+AlCl_{3}}$

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+Zn+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnCl_{2}}$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριχλωριούχου βορίου, παράγεται βουτάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+SiH_{4}{\xrightarrow {BCl_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+SiH_{3}Cl}$

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

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

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 1-χλωρεξάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂Cl):

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

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-χλωρο-1-εξένιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH=CHCl):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH=CHCl}$

3. Η αντίδραση του 1-χλωροβουτανίου 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:

$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl{\xrightarrow {}}RCH_{2}ClCH=CHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$ (1,4-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl{\xrightarrow {}}RCH=CHCHClCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$ (1,2-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}RCHClCH(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})CH=CH_{2}+{\frac {1}{2}}RCH(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})CHClCH=CH_{2}}$ (3,4-προσθήκη)

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

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

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

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl{\xrightarrow {}}ClCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροχλωρίου (HCl) από 1-χλωροβουτάνιο παράγεται 1-βουτένιο:

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

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+CH_{3}Br+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{3}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Cl+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}Cl+{\frac {2}{9}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}Cl+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHClCH_{3}+KBr+H_{2}O}$

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

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

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

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

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

Προκύπτει επομένως μίγμα 1-χλωροπεντάνιου ~33%, 2-μεθυλο-1-χλωροβουτάνιου ~22%, 3-μεθυλο-1-χλωροβουτάνιου ~22% και 2-χλωροπεντάνιου ~22%.

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