2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο

To 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο ή 2-μεθυλο-1-βουτυλοφθορίδιο, σε δύο (2) οπτικά ισομερή, είναι ένα αλκυλογονίδιο. Με βάση το χημικό τύπο του, C₅H₁₁F, έχει τα ακόλουθα επτά (7) ισομερές θέσης:

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

2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο
Άλλες ονομασίες	2-μεθυλο-1-βουτυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C5H11F
Μοριακή μάζα	90,14 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CH(CH3)CH2F
Συντομογραφίες	sBuCH2F
Αριθμός CAS	10086-64-3
SMILES	FCC(C)CC
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	7 1-φθοροπεντάνιο 2-φθοροπεντάνιο 3-φθοροπεντάνιο 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο διμεθυλοφθοροπροπάνιο
Οπτικά ισομερή	2
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Η ονομασία «2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα ανά κύρια αλυσίδα 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 πρόθεμα «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Το αρχικό πρόθεμα «μεθυλο-» δηλώνει την παρουσία διακλάδωσης ενός ατόμου άνθρακα. Ο 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 την ισομερή της 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο. Για το αρχικό πρόθεμα επίσης χρειάζεται ο αριθμός θέσης 2-, γιατί και η θέση #3 είναι διαθέσιμη και επομένως δεν εννοείται. Τέλος το πρόθεμα μέθυλο- προτάσσεται του προθέματος φθορο-, γιατί μ < φ, σύμφωνα με την ελληνική αλφαβητική σειρά. Σημειώνεται ότι η αγγλόφωνη ονομασία της ένωσης είναι 1-fluoro-2-methylbutane, γιατί σύμφωνα με την αγγλική αλφάβητο είναι f < m.

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#4,#1΄	-0,09
C#3	-0,06
C#2	-0,03

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση μεθυλοβουτάνιου παράγεται μίγμα 2-μεθυλο-1-φθοροβουτανίου, 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιου, 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιου και 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιου:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+F_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}aCH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+bCH_{3}CH_{2}CF(CH_{3})_{2}+cCH_{3}CHFCH(CH_{3})_{3}+d(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}F+HF}$

• Όπου a + b + c + d = 1.
• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυφθοροπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας μεθυλοβουτανίου.
• 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 2-μεθυλο-1-βουτανόλη (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂OH):

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

• 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 2-μεθυλο-1-χλωροβουτάνιο (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂Cl):

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

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 2-μεθυλο-1-βουτανόλη (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂OH):

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

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει 1-αλκοξυ-2-μεθυλοβουτάνιο (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂OR):

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

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH₂CH(CH₃)CH₂CH₃). Π.χ.:

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

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό (2-μεθυλοβουτυλ)εστέρα (RCOOCH₂CH(CH₃)CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει 3-μεθυλοπεντανονιτρίλιο (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂CN):

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

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

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

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 2-μεθυλο-1-βουτανοθειόλη (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂SH):

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

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει 1-αλκυλοθειο-2-μεθυλοβουτάνιο (RSCH₂CH(CH₃)CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδο-2-μεθυλοβουτάνιο (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂I):

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

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει 2-μεθυλο-1-βουταναμίνη (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂NH₂):

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

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλο-2-μεθυλο-1-βουταναμίνη (RNHCH₂CH(CH₃)CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-2-μεθυλο-1-βουταναμίνη [R'N(CH₂CH(CH₃)CH₂CH₃)R]:

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

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλο(2-μεθυλοβουτυλ)αμμώνιο [R'N(CH₂CH(CH₃)CH₂CH₃)(R)R"]F}:

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

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 2-μεθυλο-1-βουτανοφωσφαμίνη:

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

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 2-μεθυλο-1-νιτροβουττάνιο (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂NO₂):

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

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 2-μεθυλο-1-φαινυλοβουτάνιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F{\xrightarrow {AlF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}Ph+HF}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει 2-μεθυλοβουτυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει 2-μεθυλο-1-βουτυλομαγνησιοφθορίδιο :

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

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται μεθυλοβουτάνιο:

$\mathrm {4CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+LiF+AlF_{3}}$

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+Zn+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+ZnClF}$

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+SiH_{3}F}$

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+RSnH_{2}F}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 4-μεθυλο-1-φθορεξάνιο (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂CH₂CH₂F):

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

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 4-μεθυλο-1-φθορο-1-εξένιο (CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂CH=CHF):

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

3. Η αντίδραση του 2-μεθυλο-1-φθοροβουτανίου 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:

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

4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 5-μεθυλο-1-φθορεπτάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει 1-(2΄-μεθυλοβουτοξυ)-2-φθοραιθάνιο:

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

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο παράγεται 2-μεθυλο-1-βουτένιο:

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

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {3}{11}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}F+{\frac {3}{11}}(CH_{3}CH_{2})_{2}CHCH_{2}F+{\frac {2}{11}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHFCH_{3}+{\frac {2}{11}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}F+{\frac {1}{11}}CH_{3}CH_{2}C(CH_{3})_{2}CH_{2}F+KCl+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C_#4H₂-H. Παράγεται 2-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιο.

2. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C_#1΄H₂-H. Παράγεται 2-αιθυλο-1-φθοροβουτάνιο.

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

4. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C_#3H-H: Παράγεται 2,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.

5. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C_#2-H: Παράγεται 2,2-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 2-μεθυλο-1-φθοροπεντάνιου ~27%, 2-αιθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~27%, 2-μεθυλο-2-φθοροπεντάνιου ~18%, 2,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~18% και 2,3-διμεθυλο-1-φθοροβουτάνιου ~9%.

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