Pentanonová chemická struktura, vlastnosti, syntéza, použití

1149
Simon Doyle

The pentanon je organická sloučenina patřící do skupiny ketonů, jejíž chemický vzorec je C5H10O. Je to stále jeden z nejjednodušších ketonů a skládá se z bezbarvé kapaliny s vůní podobnou acetonu. Od tohoto okamžiku, s ohledem na počet uhlíků v jejich kostře, vykazují ketony polohovou izomerii.

Když mluvíme o izomerismu polohy, znamená to, kde je karbonylová skupina, C = O. Pentanon tedy ve skutečnosti sestává ze dvou sloučenin s fyzikálními vlastnostmi, které se od sebe mírně liší: 2-pentanon a 3-pentanon (spodní obrázek). Oba jsou kapalné, ale jejich teploty varu jsou stejné, takže je nelze oddělit destilací..

Molekuly pozičních izomerů pro pentanon. Zdroj: Jynto & Ben Mills přes Wikipedii.

Každý ze dvou pentanonů má však svou vlastní syntetickou cestu, takže je nepravděpodobné, že by existovala jejich směs; směs, kterou je možné oddělit zmrazením.

Jejich použití je zvláště omezeno jako organických rozpouštědel; alternativy k acetonu v prostředích, kde se používá při teplotě vyšší než je jeho nízká teplota varu. Stejně tak jsou výchozími materiály pro jiné organické syntézy, protože jejich skupina C = O může být redukována nebo může být podrobena nukleofilní adici..

Rejstřík článků

  • 1 Chemická struktura
    • 1.1 Poziční izomery
    • 1.2 Intermolekulární interakce
    • 1.3 Krystaly
  • 2 Vlastnosti
    • 2.1 Fyzický vzhled
    • 2.2 Molární hmotnost
    • 2.3 Hustota
    • 2.4 Teplota tání
    • 2.5 Bod varu
    • 2.6 Rozpustnost ve vodě
    • 2.7 Tlak par
    • 2.8 Bod vzplanutí
    • 2.9 Stabilita
  • 3 Syntéza
    • 3,1 2-pentanon
    • 3,2 3-pentanon
  • 4 použití
  • 5 Reference

Chemická struktura

Poziční izomery

Na obrázku máme molekulární struktury dvou polohových izomerů pro pentanon, které jsou reprezentovány modelem koulí a čar. Černá koule odpovídá uhlíkovým skeletům, bílá atomům vodíku a červená atomům kyslíku skupiny C = O..

2-pentanon

2-pentanon (výše) má ve druhém uhlíku skupinu C = O, což je ekvivalentní s tím, pokud by byl ve čtvrtém; to znamená, že 2-pentanon a 4-pentanon jsou ekvivalentní, protože je stačí otočit o 180 °, aby jejich struktury byly stejné.

Nalevo od C = O je methylová skupina, CH3-, a po jeho pravici propylový radikál. Proto se tomuto ketonu také říká (méně běžně používaný) methylpropylketon (MPK). Asymetrii této struktury můžete vidět na první pohled.

3-pentanon

3-pentanon (dole) má skupinu C = O na třetím uhlíku. Všimněte si, že tento izomer je větší verzí acetonu a je také velmi symetrický; dva radikály na stranách skupiny C = O jsou stejné: dva ethylové radikály, CH3CHdva-. Z tohoto důvodu se 3-pentanon také nazývá diethylketon (nebo dimethylaceton).

Intermolekulární interakce

Přítomnost karbonylové skupiny, jak ve 2-pentanonu, tak 3-pentanonu, propůjčuje molekule polaritu.

Oba izomery pentanonu jsou proto schopné vzájemné interakce prostřednictvím dipól-dipólových sil, ve kterých bude nejvyšší hustota záporného náboje, δ-, viděná na mapě elektrostatického potenciálu, orientována kolem atomu kyslíku..

Podobně londýnské disperzní síly zasahují v menší míře mezi karbonizovanými a hydrogenovanými kostry..

Protože pentanon má ve srovnání s acetonem větší molekulární plochu a hmotnost, zvyšuje tento příspěvek jeho dipólový moment a umožňuje mu mít vyšší teplotu varu (102 ° C> 56 ° C). Ve skutečnosti se dva izomery odpařují při teplotě 102 ° C; při zmrazování při různých teplotách.

Krystaly

Pravděpodobně symetrie hrají důležitou roli v krystalizaci. Například teplota tání 2-pentanonu je -78 ° C, zatímco teplota tání 3-pentanonu, -39 ° C.

To znamená, že krystaly 3-pentanonu jsou stabilnější vůči teplotě; jeho molekuly jsou soudržnější a k oddělení v kapalné fázi vyžadují více tepla.

Pokud by existovala směs obou izomerů, 3-pentanon by krystalizoval jako první, 2-pentanon by byl poslední při nižší teplotě. Symetrickější molekuly 3-pentanonu se lépe orientují než molekuly 2-pentanonu: asymetrické a zároveň dynamičtější.

Vlastnosti

Fyzický vzhled

Bezbarvé kapaliny s vůní podobnou acetonu.

Molární hmotnost

86,13 g / mol

Hustota

0,81 g / ml (3-pentanon)

0,809 g / ml (2-pentanon)

Bod tání

-78 ° C (2-pentanon)

-39 ° C (3-pentanon)

Bod varu

102 ° C (pro oba izomery)

Rozpustnost ve vodě

35 g / l (3-pentanon)

60 g / l (2-pentanon)

Tlak páry

35 mmHg (3-pentanon)

270 mmHg (2-pentanon) při 20 ° C

Tyto hodnoty nejsou užitečné pro přímé srovnání tlaků par obou izomerů, protože první je uváděn bez teploty, při které byl měřen..

Bod vzplanutí

12,78 ° C (3-pentanon)

10 ° C (2-pentanon)

Stabilita

Dva izomery pentanonu jsou extrémně hořlavé, a proto by měly být udržovány co nejdále od zdroje tepla. Body vzplanutí naznačují, že plamen může vznítit výpary obou pentanonů i při teplotě 10 ° C..

Syntéza

Ačkoli jsou si oba izomery pentanonu fyzicky a chemicky velmi podobné, jejich syntetické cesty jsou navzájem nezávislé, takže je nepravděpodobné, že by se oba získaly stejnou syntézou.

2-pentanon

Počínaje činidlem 2-pentanolem, sekundárním alkoholem, může být oxidován na 2-pentanon pomocí kyseliny chlorné vytvořené in situ, HClO, jako oxidačního činidla. Oxidace by byla:

Oxidace 2-pentanolu na 2-pentanon. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Jednoduše vazba C-OH se stává C = O. Existují i ​​jiné způsoby syntézy 2-pentanonu, ale ze všeho je to nejjednodušší pochopit..

3-pentanon

3-pentanon lze syntetizovat ketonovou dekarboxylací kyseliny propanové, CH3CHdvaCOOH. Tato syntetická cesta produkuje symetrické ketony a skládá se z molekuly CH3COOH ztratí skupinu COOH jako COdva, zatímco druhá jeho OH skupina ve formě HdvaNEBO:

2CH3CHdvaCOOH => CH3CHdvaAutodvaCH3 + COdva + HdvaNEBO

Další poněkud složitější cestou je přímá reakce směsi ethylenu, CHdva= CHdva, COdva a Hdva za vzniku 3-pentanonu.

Aplikace

Pokud není aplikace velmi přísná, jedná se o specifickou syntézu nebo se také ukázalo, že tyto dva izomery nepřinášejí stejné výsledky, je irelevantní zvolit mezi použitím 2-pentanonu nebo 3-pentanonu v jakémkoli z jejich použití..

Jinými slovy, „na tom nezáleží“, pokud chcete použít 2-pentanon nebo 3-pentanon jako rozpouštědlo pro barvy nebo pryskyřice nebo jako odmašťovač, protože nejdůležitějším kritériem bude jeho cena a dostupnost. 3-pentanon se používá v automobilovém průmyslu ke studiu chování plynů ve spalovacích motorech.

Reference

  1. Morrison, R. T. a Boyd, R, N. (1987). Organická chemie. 5. vydání. Redakční Addison-Wesley Interamericana.
  2. Carey F. (2008). Organická chemie. (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
  3. Graham Solomons T.W., Craig B.Fryhle. (2011). Organická chemie. Miny. (10. vydání.). Wiley plus.
  4. Wikipedia. (2019). 3-Pentanon. Obnoveno z: en.wikipedia.org
  5. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). 2-Pentanon. Databáze PubChem. CID = 7895. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  6. Royal Society of Chemistry. (2019). 3-Pentanon. Obnoveno z: chemspider.com
  7. Profesor T. Nalli. (2013). Oxidace 2-pentanolu a destilace produktu. Obnoveno z: course1.winona.edu

Zatím žádné komentáře