2,3-διμεθυλεξάνιο

Το 2,3-διμεθυλεξάνιο (σε δύο οπτικά εναντιομερή) είναι ένα διακλαδισμένο αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας, με χημικό τύπο C₈H₁₈ και σύντομο συντακτικό τύπο (CΗ₃)₂CHCH(CH₃)(CH₂)₂CΗ₃.

2,3-διμεθυλεξάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	2,3-διμεθυλεξάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C8H18
Μοριακή μάζα	114,23 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	(CΗ3)2CHCH(CH3)(CH2)2CΗ3
Συντομογραφίες	iPrCH(CH3)Pr
Αριθμός CAS	584-94-1
SMILES	CC(C)C(C)CCC
ChemSpider ID	10963
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	17
Οπτικά ισομερή	2
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-110 °C
Σημείο βρασμού	115,6 °C
Πυκνότητα	719 kg/m3
Εμφάνιση	Άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Βαθμός οκτανίου	78,9
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ισομέρεια

Το 2-μεθυλεπτάνιο έχει τα ακόλουθα δεκαεπτά (17) ισομερή θέσης:

1. οκτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃(CH₂)₆CH₃).
2. 3-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃(CH₂)₃CH(CH₃)CH₂CH₃ (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
3. 4-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο [CH₃(CH₂)₂]₂CHCH₃.
4. Αιθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃CH₂)₂CHCH₂CH₂CH₃.
5. 2-μεθυλεπτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₂CH(CH₂)₄CH₃.
6. 2,2-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₃C(CH₂)₃CH₃.
7. 2,4-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₂CΗCH₂CH(CH₃)CH₂CH₃ (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
8. 2,5-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₂CΗCH₂CH₂CΗ(CH₃)₂
9. 3,3-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂C(CH₃)₂CH₂CH₂CH₃.
10. 3,4-διμεθυλεξάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂CH(CH₃)CH(CH₃)CH₂CH₃ (σε τρία (3) οπτικά ισομερή).
11. Αιθυλο-2-μεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃CH₂)₂CHCH(CH₃)₂.
12. Αιθυλο-3-μεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃CH₂)₂C(CH₃)₂.
13. 2,2,3-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂CH(CH₃)C(CH₃)₃ (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
14. 2,2,4-τριμεθυλοπεντάνιο ή ισοκτάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₂CHCH₂C(CH₃)₃ (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
15. 2,3,3-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂C(CH₃)₂CH(CH₃)₂.
16. 2,3,4-τριμεθυλοπεντάνιο, με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₂CHCH(CH₃)CH(CH₃)₂ (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
17. Τετραμεθυλοβουτάνιο (CH₃)₃CC(CH₃)₃.

Ονοματολογία

Η ονομασία «2,3-διμεθυλεξάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «διμεθυλο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) όμοιων διακλαδώσεων ενός ατόμου άνθρακα («μεθυλο»), ενωμένα στα άτομα άνθρακα #2 και #3, όπως δηλώνουν οι αρχικοί αριθμοί θέσης («2,3-»), το τμήμα «εξ-» δηλώνει την παρουσία έξι (6) ατόμων άνθρακα στην κύρια ανθρακική αλυσλιδα 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 διαθέτουν χαρακτηριστικές καταλήξεις.

Δομή

Το μόριό του αποτελείται από οκτώ (8) άτομα άνθρακα (τέσσερα (4) πρωτοταγή, δύο (2) δευτεροταγή και δύο (2) τριτοταγή) και δεκαοκτώ (18) άτομα υδρογόνου.

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
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
C#1,#6,#1',#1"	-0,09
C#4-#5	-0,06
C#2-#3	-0,03
H	+0,03

Παραγωγή

Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές

1. Απομονώνεται από το πετρέλαιο.
2. Απομονώνεται από μίγματα που προκύπτουν από πυρόλυση βαρύτερων προϊόντων διύλισης πετρελαίου ή πολυμερών υδρογονανθράκων.

Παραγωγή με αντιδράσεις σύνθεσης: Από πρώτες ύλες με μικρότερη ανθρακική αλυσίδα

Η σύνθεση 2,3-διμεθυλεξανίου γίνεται και με επίδραση μεθυλολιθίου σε 2,3-διαλεξάνιο:

$\mathrm {CH_{3}X+Li{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}Li+LiX}$
$\mathrm {CH_{3}CHXCHXCH_{2}CH_{2}CH_{3}+2CH_{3}Li{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+2LiX}$

Παραγωγή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή ανθρακικής αλυσίδας

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων

Π.χ. το 1-αλο-4,5-διμεθυλεξτάνιο, μπορεί να αναχθεί με τους ακόλουθους τρόπους: 1. Με «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}X+Zn+HX{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnX_{2}}$

2. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH₄):

$\mathrm {4(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}X+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+AlX_{3}+LiX}$

3. Με αναγωγή των αντίστοιχων αλκυλιωδιδίων από HI:

$\mathrm {2((CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}X+HI{\xrightarrow {}}2(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+I_{2}}$

4. Με αναγωγή από μέταλλα (συνήθως λίθιο ή μαγνήσιο) και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων.Π.χ.::

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}X+2Li{\xrightarrow[{-LiX}]{|Et_{2}O|}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}Li{\xrightarrow {+H_{2}O}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiOH}$
ή
$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}X+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}MgX{\xrightarrow {+H_{2}O}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+Mg(OH)X\downarrow }$

5. Με αναγωγή από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται 2,2-διμεθυλεξάνιο. Π.χ.::

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

• Συμπαράγονται και πολυαλογονοπαράγωγα του σιλανίου.

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων

1. Με αναγωγή των κατάλληλων αλδεϋδών με υδραζίνη (NH₂NH₂) (αντίδραση Wölf-Kishner) παράγεται 2,3-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για την 4,5-διμεθυλεξανάλη έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CHO+NH_{2}NH_{2}{\xrightarrow {KOH}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+N_{2}\uparrow +H_{2}O}$

2. Με αναγωγή των κατάλληλων κετονών (αντίδραση Clemmensen) παράγεται 2,3-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για την 4,5-διμεθυλεξανόνη-2 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση::

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}COCH_{3}+2Zn+2HCl{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnCl_{2}+ZnO}$

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών (μέθοδος Raney) παράγεται 2,3-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για την 4,5-διμεθυλεξανοθειόλη-1 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}SH+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+H_{2}S}$

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειαιθέρων (μέθοδος Raney) παράγεται 2,3-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για το 4,5-διμεθυλο-1-(4΄,5΄-διμεθυλεξυλοθει)εξάνιο χουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}SCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH(CH_{3})CH(CH_{3})_{2}+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}2(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+H_{2}S}$

Με καταλυτική υδρογόνωση ακόρεστων αλειφατικών υδρογονανθράκων

Με καταλυτική υδρογόνωση κατάλληλων ακόρεστων υδρογονανθράκων παράγεται 2,3-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για το 4,5-διμεθυλεξένιο-1 έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

$\mathrm {((CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH=CH_{2}+H_{2}{\xrightarrow {Ni,\;Pd,\;Pt}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$

Παραγωγή με αντιδράσεις αποσύνθεσης με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας

• Με τη θέρμανση αλκαλικού διαλύματος των κατάλληλων καρβοξυλικών οξέων παράγεται 2,3-διμεθυλεξάνιο. Π.χ. για το 5,6-διμεθυλεπτανικό οξύ έχουμε την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}COOH+NaOH{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}COONa+H_{2}O{\xrightarrow {\triangle }}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaHCO_{3}}$

Χημικές ιδιότητες

Οξείδωση

1. Όπως όλα τα αλκάνια, το 2,3-διμεθυλεξάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό:

$\mathrm {2C_{8}H_{18}+25O_{2}{\xrightarrow {\triangle }}16CO_{2}+18H_{2}O+10971J}$

• Αν και η αντίδραση είναι μια έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C, των δεσμών C-H και των δεσμών (Ο=Ο) του O₂:

2. Παραγωγή υδραερίου:

$\mathrm {C_{8}H_{18}+8H_{2}O{\xrightarrow[{700-1100^{o}C}]{Ni}}8CO+17H_{2}}$

3. Καταλυτική οξείδωση κυρίως προς σχεδόν ισομοριακό μίγμα 2,3-διμεθυλεξανόλης-2 και 2,3-διμεθυλεξανόλη-3:

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{2}}O_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{Cu}}{\frac {1}{2}}(CH_{3})_{2}C(OH)CH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{2}}(CH_{3})_{2}CHC(OH)(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{3}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{18}}(CH_{3})_{3}CCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{18}}(CH_{3})_{2}CHC(CH_{3})_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{9}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{9}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+{\frac {1}{6}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{6}}(CH_{3})_{2}CHCH(CH_{2}CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH_{3}+KCl+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους έξι (6) συνολικά δεσμούς C_#1,#1΄H₂-H. Παράγεται 3,4-διμεθυλεπτάνιο.
2. Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό C_#2-H. Παράγεται 2,2,3-τριμεθυλεξάνιο.
3. Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό C_#3-H. Παράγεται 2,3,3-τριμεθυλεξάνιο.
4. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C_#4H-H. Παράγεται 2,3,4-τριμεθυλεξάνιο.
5. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C_#5H-H. Παράγεται 2,3,5-τριμεθυλεξάνιο.
6. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C_#6H₂-H. Παράγεται 2,3-διμεθυλεπτάνιο.
7. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C_#1΄΄H₂-H. Παράγεται 3-αιθυλο-2-μεθυλεξάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 3,4-διμεθυλεπτάνιου (~33%), 2,2,3-τριμεθυλεξάνιου (~5,6%), 2,3,3-τριμεθυλεξάνιου (~5,6%), 2,2,4-τριμεθυλεξάνιου (~11,1%), 2,2,5-τριμεθυλεξάνιου (~11,1%), 2,3-διμεθυλεπτάνιου (~16,7%) και 3-αιθυλο-2-μεθυλεξάνιου (~16,7%).

Καταλυτική ισομερείωση

2,3-διμεθυλεξάνιο μπορεί να υποστεί καταλυτική ισομερείωση προς όλα τα ισομερή του.

Πηγές

• Παπαγεωργίου Β.Π., “Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία: Άκυκλες Ενώσεις”, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1986.
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
• 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
• Μερικές από τις ενέργειες αντιδράσεων υπολογίστηκαν με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Θα διασταυρωθούν και βιβλιογραφικά το συντομότερο για μεγαλύτερη ακρίβεια.