2-φθοροπροπιονικό οξύ

Το 2-φθοροπροπιονικό οξύ ή 2-φθορoπροπανικό οξύ (αγγλικά 2-fluoropropanoic acid ή 2-fluoropropionic acid) είναι οργανική χημική ένωση με μοριακό τύπο C₃H₅FO₂, αν και συνηθέστερα παριστάνεται ως CH₃CHFCO₂H. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για ένα α-φθοροκαρβοξυλικό οξύ.

2-φθοροπροπιονικό οξύ
Γενικά
Όνομα IUPAC	2-φθοροπροπιονικό οξύ
Άλλες ονομασίες	2-φθοροπροπιονικό οξύ
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C3H5FO2
Μοριακή μάζα	92,05 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CHFCOOH
Αριθμός CAS	6087-13-4
SMILES	CC(C(=O)O)F
Δομή
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο βρασμού	66-67°C (30 mmHg)
Πυκνότητα	1.181 kg/m³
Διαλυτότητα στο νερό	Αναμείξιμο
Δείκτης διάθλασης , nD	1,383
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Ιδιότητες εκρηκτικού
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Βρίσκεται σε δυο οπτικά ισομερή, R- και S-, γιατί το #2 άτομο άνθρακα της ένωσης είναι «χειρόμορφο».

Ονοματολογία

Κατά τη συστηματική ονοματολογία κατά IUPAC, η ένωση θεωρείται υποκατεστημένο προπιονικό οξύ, δηλαδή προπανικό οξύ, ένα (1) άτομο υδρογόνου του αιθυλίου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από ένα άτομο φθορίου. Πιο αναλυτικά, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ικό οξύ» φανερώνει ότι η ένωση είναι ένα καρβοξυλικό οξύ, δηλαδή ότι κύρια χαρακτηριστική ομάδα της ένωσης είναι ένα καρβοξύλιο (-COOH). Το αρχικό πρόθεμα «φθορ(ο)-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Η χρήση του αριθμού θέσης (2-) είναι απαραίτητη σε αυτήν την ένωση, γιατί υπάρχει και το ισομερές 3-φθοροπροπιονικό οξύ.

• Ενίοτε χρησιμοποιείται το α- αντί του 2-.

Μοριακή δομή

Η μοριακή δομή του μπορεί να βρεθεί από την αντίστοιχη του προπιονικού οξέος με αντικατάσταση ενός ατόμου υδρογόνου, από το α- άτομο άνθρακα του αιθυλίου του από άτομο φθορίου. Η ενέργεια δεσμού C-F ανέρχεται σε 552 kJ/mol. Ο δεσμός αυτός είναι πολύ σταθερός και έχει μεγάλη πολικότητα, αγγίζοντας τα όρια ετεροπολικού δεσμού.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-F	σ	2sp³-2sp³	135 pm	43% C+ F-
C#2-H C#3-H	σ	2sp³-1s	109 pm	3% C- H+
C#2-C#1	σ	2sp³-2sp²	151 pm
C#3-C#2	σ	2sp³-2sp³	154 pm
C=O	σ π	2sp²-2sp² 2p-2p	132 pm	19% C+ O-
C-O	σ	2sp²-2sp³	147 pm	19% C+ O-
O-H	σ	2sp³-1s	96 pm	32% O- H+
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
Ο (OH)	-0,51
F	-0,43
Ο (=O)	-0,38
C#3	-0,09
Η (HC)	+0,03
Η (OH)	+0,32
C#2	+0,40
C#1	+0,57

Παραγωγή

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε 2-υδροξυπροπανικό οξύ [CH₃CH(OH)COOH] μπορεί να υποκατασταθεί το ενδιάμεσα παραγώμενο υδροξώνιο (H₃O⁺) από φθόριο:

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

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε 2-χλωροπροπανικό οξύ [CH₃CHClCOOH] μπορεί να υποκατασταθεί το χλώριο από φθόριο, γιατί ο σχηματισμός δυσδυάλυτου χλωριούχου υφυδραργύρου μετακινεί τη χημική ισορροπία της αντίδρασης προς τα δεξιά:

$\mathrm {2CH_{3}CHClCOOH+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CHFCOOH+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Παρόμοια υποκατάσταση συμβαίνει και με χρήση φθοριούχου αργύρου (AgF):

$\mathrm {CH_{3}CHClCOOH+AgF{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCOOH+AgCl\downarrow }$

• Αντί του 2-χλωροπροπανικού οξέος χρησιμοποιούνται επίσης ως πρόδρομες ύλες και εστέρες του, όπως για παράδειγμα ο 2-χλωροπροπανικός μεθυλεστέρας (CH₃CHClCOOCH₃). Σε αυτήν την περίπτωση σχηματίζεται αρχικά ο 2-φθορπροπανικός μεθυλεστέρας (CH₃CHFCOOCH₃), που μπορεί στη συνέχεια να υδρολυθεί σε 2-φθοροπροπανικό οξύ.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Το 2-φθοροπροπανικό οξυ συνδυάζει τις ιδιότητες καρβοξυλικού οξέος και φθοροπαραγώγου.

΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα

Το 2-φθοροπροπανικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ. Τα τέσσερα (4) άτομα υδρογόνου του φθοραιθυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρ' όλα αυτά το 2-φθοροπροπανικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα:

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH{\rightleftarrows }CH_{3}CHFCOO^{-}+H^{+}}$

(Αντίδραση διάστασης)

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+Na{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCOONa+H_{2}\uparrow }$

(Επίδραση μετάλλων ηλεκτροθετικότερων του υδρογόνου)

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+NaOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCOONa+H_{2}O}$

(Αντίδραση εξουδετέρωσης)

Αποκαρβοξυλίωση

1. Με θέρμανση 2-φθοροπροπανικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και φθοραιθάνιο (CH₃CH₂F) :

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+NaOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCOONa+H_{2}O{\xrightarrow {\triangle }}CH_{3}CH_{2}F\uparrow +NaOH+CO_{2}\uparrow }$

2. Με ηλεκτρόλυση 2-φθοροπροπανικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και 2,3-διφθορoβουτάνιο (CH₃CHFCHFCH₃):

$\mathrm {2CH_{3}CHFCOOH+2NaOH{\xrightarrow {}}2CH_{3}CHFCOONa+2H_{2}O{\xrightarrow {\eta \lambda \epsilon \kappa \tau \rho {\acute {o}}\lambda \upsilon \sigma \eta }}CH_{3}CHFCHFCH_{3}+2NaOH+2CO_{2}\uparrow }$

3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 2,4-διφθοροπεντανόνη (CH₃CHFCOCHFCH₃):

$\mathrm {(CH_{3}CHFCOO)_{2}Ca{\xrightarrow {\triangle }}CH_{3}CHFCOCHFCH_{3}+CaCO_{3}\downarrow }$

4. Με επίδραση βρωμίου σε 2-φθοροπροπανικό άργυρο παράγεται 1-βρωμο-1-φθοραιθάνιο - Αντίδραση Hunsdiecker:

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOAg+Br_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CHBrF+AgBr\downarrow +CO_{2}\uparrow }$

Αναγωγή

1. Τo 2-φθοροπροπανικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) (κυρίως) προς 1-προπανόλη:

$\mathrm {4CH_{3}CHFCOOH+3LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}CH_{2}OH+2LiAlO_{2}+LiF+AlF_{3}}$

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

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

3. Με σιλάνιο (SiH₄), παρουσία τριφθοριούχου βορίου (BF₃) παράγεται προπανικό οξύ:

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

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο (RSnH₃). Παράγεται προπανικό οξύ. Π.χ.:

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

Οξείδωση

Τo 2-φθοροπροπανικό οξύ οξειδώνεται σε 2-φθοροπροπανικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H₂O₂), σε όξινο περιβάλλον:

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+H_{2}O_{2}{\xrightarrow {H^{+}}}CH_{3}CHFCO_{3}H+H_{2}O}$

Εστεροποίηση

• Με επίδραση αλκοολών παράγονται 2-φθοροπροπανικοί εστέρες:

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+ROH{\rightleftarrows }CH_{3}CHFCOOR+H_{2}O}$

Αλογόνωση

1. Με επίδραση αλογόνων, παρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται 2-αλο-2-φθοροπροπανικό οξύ:

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+X_{2}{\xrightarrow {P}}CH_{3}CFXCOOH+HX}$

• Η επίδραση φθορίου (F₂) αποφεύγεται για λόγους ασφαλείας.

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται 2-φθοροπραποϋλαλογονίδια:

α. Με SOCl₂:

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+SOCl_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCOCl+SO_{2}+HCl}$

β. Με PCl₅:

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+PCl_{5}{\xrightarrow {}}CH_{3}CHFCOCl+POCl_{3}+HCl}$

γ. Με PX₃, όπου X: Cl, Br, I.

$\mathrm {3CH_{3}CHFCOOH+PX_{3}{\xrightarrow {}}3CH_{3}CHFCOX+H_{3}PO_{3}}$

Υποκατάσταση από χλώριο

Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου (CaCl₂) σε 2-φθοροπροπανικό οξύ παράγεται 2-χλωροπροπανικό οξύ:

$\mathrm {2CH_{3}CHFCOOH+CaCl_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CHClCOOH+CaF_{2}\downarrow }$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζόλιο παράγεται 2-φαινυλοπροπανικό οξύ:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CHFCOOH{\xrightarrow {AlF_{3}}}CH_{3}CHPhCOOH+HF}$

Επίδραση καρβενίων

Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μείγμα προϊόντων. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση:

$\mathrm {CH_{3}CHFCOOH+CH_{2}N_{2}{\xrightarrow {hv}}N_{2}+{\frac {1}{2}}CH_{3}CH_{2}CHFCOOH+{\frac {1}{6}}(CH_{3})_{2}CFCOOH+{\frac {1}{6}}FCH_{2}COOCH_{3}+{\frac {1}{6}}}$ 2-φθοραιθυλοξιρανόλη

• Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:

1. Παρεμβολή στους τρεις (2) δεσμούς C_#3-H. Παράγεται 2-φθοροβουτανικό οξύ, ένα αλοκαρβοξυλικό οξύ.
2. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C_#2-H. Παράγεται μεθυλο-2-φθοροπροπανικό οξύ, ένα αλοκαρβοξυλικό οξύ.
3. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται 2-φθοροπροπανικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του 2-φθοροπροπανικού οξέος.
4. Κυκλοπροσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 2-φθοραιθυλοξιρανόλη, μια ετεροκυκλική αλκοόλη.

• Συνολικά δηλαδή τρία (3) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα δίνει σχεδόν απόλυτα κινητικές (δηλαδή όχι εκλεκτικές) τις αντιδράσεις του.

Πηγές

• Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
• 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
• Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
• Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
• Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.