3-φθοροπεντάνιο

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

3-φθοροπεντάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	3-φθοροπεντάνιο
Άλλες ονομασίες	3-πεντυλοφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C5H11F
Μοριακή μάζα	90,14 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CHFCH2CH3
Συντομογραφίες	Et2CHF
Αριθμός CAS	41909-29-9
SMILES	CCC(F)CC
InChI	1S/C5H11F/c1-3-4-5(2)6/h5H,3-4H2,1-2H3
ChemSpider ID	10293507
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	7 1-φθοροπεντάνιο 2-φθοροπεντάνιο 2-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο 2-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-2-φθοροβουτάνιο 3-μεθυλο-1-φθοροβουτάνιο διμεθυλοφθοροπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο βρασμού	56,733 °C
Πυκνότητα	771 kg/m3
Δείκτης διάθλασης , nD	1,353
Τάση ατμών	237,1 mmHg
Εμφάνιση	Υγρό
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	-3,92 °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 «3-», 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 1-φθοροπεντάνιο και 2-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#3	+0,40
C#1,#5	-0,09
C#2,#4	-0,06

Παραγωγή

Με φωτοχημική φθορίωση

Με φωτοχημική φθορίωση πεντανίου παράγεται μίγμα 3-φθοροπεντανίου, 1-φθοροπεντανίου και 2-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 3-πεντανόλη (CH₃CH₂CH(OH)CH₂CH₃):

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

• 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 3-χλωροπεντάνιο (CH₃CH₂CHClCH₂CH₃):

$\mathrm {2CH_{3}CH_{2}CHClCH_{2}CH_{3}+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Με προσθήκη υδροφθορίου σε αιθυλοκυκλοπροπάνιο

Με προσθήκη υδροφθορίου (ΗF) σε αιθυλοκυκλοπροπάνιο παράγεται 3-φθοροβουτάνιο:

$\mathrm {+HF{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}}$

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 3-πεντανόλη (CH₃CH₂CH(OH)CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλo(3-αλκοξυπεντάνιο (CH₃CH₂CH(OR)CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH(CH₂CH₃)₂). Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH(CH_{2}CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό (αιθυλοπροπυλ)εστέρα (RCOOCH(CH₂CH₃)₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH(CH_{2}CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει αιθυλοβουτανονιτρίλιο (CH₃CH₂CH₂CH(CH₃)CN):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+NaCN{\xrightarrow {}}(CH_{3}CH_{2})_{2}CHCN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+RLi{\xrightarrow {}}RCH(CH_{2}CH_{3})_{2}+LiF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 3-πεντανοθειόλη (CH₃CH₂CH(SH)CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει 3-αλκυλοθειοπεντάνιο (RSCH(CH₂CH₃)₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH(CH_{2}CH_{3})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 3-ιωδοπεντάνιο (CH₃CH₂CHICH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+NaI{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CHICH_{2}CH_{3}+NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει 3-πενταναμίνη (CH₃CH₂CH(NH₂)CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλο-3-πενταναμίνη (RNHCH(CCH₂H₃)₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH(CH_{2}CH_{3})_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-3-πενταναμίνη [R'N(CH(CH₂CH₃)₂)R]:

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

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει φθοριούχο N,N,N-τριαλκυλο-(αιθυλοπροπυλ)αμμώνιο {[R'N(CH(CH₂CH₃)₂)(R)R"]F}:

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

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 3-πεντανοφωσφαμίνη:

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

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 3-νιτροπεντάνιο (CH₃CH₂CH(NO₂)CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται 3-φαινυλοπεντάνιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}{\xrightarrow {AlF_{3}}}PhCH(CH_{2}CH_{3})_{2}+HF}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει αιθυλοπροπυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει 3-πεντυλομαγνησιοφθορίδιο :

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

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται πεντάνιο.:

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

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

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

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

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

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

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

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 3-αιθυλο-1-φθοροπεντάνιο ((CH₃CH₂)₂CHCH₂CH₂F):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}(CH_{3}CH_{2})_{2}CHCH_{2}CH_{2}F}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 3-αιθυλο-1-φθορο-1-πεντένιο ((CH₃CH₂)₂CHCH=CHF):

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

3. Η αντίδραση του 3-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:

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

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

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHFCH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3}CH_{2})_{2}CHCH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

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

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH(CH_{2}CH_{3})_{2}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 3-φθοροπεντάνιο παράγεται 2-πεντένιο:

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

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {6}{11}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHFCH_{2}CH_{3}+{\frac {4}{11}}CH_{3}CH_{2}CHFCH(CH_{3})_{2}+{\frac {1}{11}}(CH_{3}CH_{2})_{2}CFCH_{3}+KCl+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς C_#1,#5H₂-H. Παράγεται 3-φθορεξάνιο.

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

3. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C_#3-H: Παράγεται 3-μεθυλο-3-φθοροπεντάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 3-φθορεξάνιου ~54%, 2-μεθυλο-3-φθοροπεντάνιου ~36% και 3-μεθυλο-3-φθοροπεντάνιου ~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