บิวเทน – ปฏิกิริยา การใช้งาน อนุพันธ์

บิวเทน: ลักษณะทั่วไป

บิวเทนอยู่ในอันดับที่สี่ในกลุ่ม อัลเคน ที่คล้ายคลึงกัน หรือที่เรียกว่า ไฮโดรคาร์บอน อิ่มตัว โมเลกุลของบิวเทนประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 4 อะตอมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะอิ่มตัวเดี่ยว อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมมีอะตอมของไฮโดรเจนติดอยู่ (ในสารประกอบอินทรีย์ อะตอมของคาร์บอนจะมีสถานะเป็นเตตระวาเลนท์เสมอ) บิวเทนมีสองไอโซเมอร์ ไอโซเมอร์ เป็นสารประกอบที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน (เช่น จำนวนอะตอมในโครงสร้างเท่ากัน) แต่สูตรโครงสร้างต่างกัน (เช่น การจัดเรียงอะตอมแต่ละอะตอมในโมเลกุล) บิวเทนมีอยู่สองรูปแบบคือไอโซเมอร์: n-บิวเทนและ 2-เมทิลโพรเพน (หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อไอโซบิวเทน) บิวเทนรูปแบบไอโซเมอร์เกิดขึ้นเมื่อเทอร์มินัล -CH ₂ ถูกแยกออกจากโมเลกุลเชิงเส้น จากนั้นจะได้โมเลกุลโพรเพนซึ่งมีกลุ่ม -CH ₂ ติดอยู่ (ตรงกับอะตอมของคาร์บอนที่สอง) ส่งผลให้เกิดสารประกอบแบบโซ่กิ่งที่มีจำนวนอะตอมเท่ากันกับโมเลกุลที่ไม่มีการแตกแขนง เป็นที่น่าสังเกตว่าตามแบบแผนการตั้งชื่อสารประกอบอินทรีย์ คำนำหน้า "n" ใช้เพื่ออ้างถึงโมเลกุลเชิงเส้นของบิวเทน ในขณะที่ "iso" จะถูกเพิ่มเป็นคำนำหน้าให้กับโมเลกุลที่แตกแขนงของมัน ไอโซเมอริซึม ประเภทดังกล่าวข้างต้นเรียกว่าไอโซเมอริซึมตามรัฐธรรมนูญ (หรือโครงสร้าง) ที่สำคัญบิวเทนไม่ถือเป็นก๊าซเรือนกระจก ไม่ทำลายชั้นโอโซนของโลก ทำให้เป็นเชื้อเพลิงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของบิวเทน:

• ก๊าซไม่มีสี
• มีกลิ่นจางๆ คล้ายก๊าซธรรมชาติ
• เป็นสารไวไฟสูง
• เมื่อสัมผัสกับอากาศจะเกิดเป็นส่วนผสมที่ระเบิดได้
• ไอบิวเทนหนักกว่าอากาศ
• มันละลายได้ไม่ดีในน้ำ
• ละลายได้ง่ายใน เอทานอล และไดเอทิลอีเทอร์
• มีความเสถียรทางเคมี
• มันมีผลเป็นพิษต่อร่างกายมนุษย์

บิวเทนพบได้ใน ก๊าซธรรมชาติและน้ำมันดิบ ซึ่งเป็น แหล่งที่มาหลักสองแหล่งของทั้งรูปแบบโซ่ตรงและโซ่กิ่ง บิวเทนปริมาณมากยังได้มาจากการกลั่นน้ำมัน ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เกิดจากซากพืชและสัตว์ที่ตายแล้ว ซึ่งสลายตัวลึกลงไปใต้พื้นผิวโลก ไอโซเมอร์บิวเทนที่มีอยู่ในก๊าซธรรมชาติสามารถแยกออกจากองค์ประกอบก๊าซอื่นๆ ที่มีความเข้มข้นสูงกว่า เช่น มีเทน และอีเทน โดยการดูดซับในน้ำมันเบา บิวเทนที่แยกออกจากตัวดูดซับพร้อมกับ โพรเพน จะถูกจำหน่ายเป็นก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) ไอโซเมอร์บิวเทนที่เกิดจากการแตกตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาและกระบวนการกลั่นอื่นๆ จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่โดยการดูดซับเข้าไปในน้ำมันเบา ที่อุณหภูมิห้อง บิวเทนเป็นก๊าซแต่สามารถเปลี่ยนเป็นของเหลวได้ง่าย ดังนั้นจึงมักถูกบีบอัดในกระบอกเหล็กที่มีความแข็งแรงเพียงพอ โดยปกติจะถูกเก็บไว้ในห้องที่มีการระบายอากาศดีมากและห่างจากแหล่งกำเนิดประกายไฟ วิธีการทางห้องปฏิบัติการในการรับบิวเทน รวมถึงการเติมไฮโดรเจนของไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว กระบวนการดังกล่าวถูกใช้ ตัวอย่างเช่น กับบิวทีนและบิวไทน์ หรือ อัลคีน และ อัลไคน์ ตามลำดับ พันธะไม่อิ่มตัว (สองและสาม) ที่มีอยู่ในโมเลกุลนั้นมีปฏิกิริยาสูงและเติมไฮโดรเจนได้ง่าย ในระหว่างกระบวนการนี้ โมเลกุลไฮโดรเจนจะถูกเติมลงในสารประกอบที่ไม่อิ่มตัวโดยตรง ส่งผลให้โมเลกุลมีพันธะอิ่มตัวในห่วงโซ่คาร์บอน เช่น บิวเทน อีกวิธีหนึ่งคือสิ่งที่เรียกว่าปฏิกิริยา Wurtz การสังเคราะห์ Wurtz มีวัตถุประสงค์เพื่อยืดสายโซ่คาร์บอน ปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับอัลคิลเฮไลด์สองตัว ซึ่งจะสูญเสียไอออนคลอไรด์เมื่อบำบัดด้วยโซเดียม โซ่อัลคิลของพวกมันเชื่อมเข้ากับการปล่อยโซเดียมคลอไรด์พร้อมกัน

ปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะของบิวเทน

ปฏิกิริยาพื้นฐานบางประการของบิวเทนคือ ปฏิกิริยาการเผาไหม้ ขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา ปฏิกิริยาการเผาไหม้อาจจะสมบูรณ์หรือไม่สมบูรณ์ก็ได้ ในกรณีแรก ปริมาณออกซิเจนระหว่างการเผาไหม้ไม่จำกัด ผลลัพธ์สุดท้ายของปฏิกิริยาดังกล่าวคือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ เมื่อพิจารณาถึงปริมาณพลังงานที่ได้รับ การเผาไหม้ที่สมบูรณ์จะดีที่สุด อย่างไรก็ตาม หากมีออกซิเจนไม่เพียงพอ จะเกิดการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ อาจเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์สองประการขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการสันดาปที่ไม่สมบูรณ์ ได้แก่ คาร์บอนมอนอกไซด์ที่เป็นพิษ (II) และน้ำ หรือคาร์บอนและน้ำ บิวเทนเป็นสารประกอบที่มีความเสถียรทางเคมี อย่างไรก็ตาม คุณควรจำไว้ว่ามันก่อให้เกิดส่วนผสมที่ระเบิดได้กับอากาศ นอกจากนี้ยังมี ปฏิกิริยาระเบิด กับคลอรีนไดออกไซด์และตัวออกซิไดซ์ที่แรง นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับแบเรียมเปอร์ออกไซด์ที่อุณหภูมิสูงอีกด้วย ที่สำคัญไม่มีฤทธิ์กัดกร่อนโลหะ ปฏิกิริยาที่สำคัญของบิวเทนยังรวมถึง การเกิดฮาโลเจน ด้วย ในระหว่างกระบวนการนี้ บิวเทนมักจะทำปฏิกิริยากับ คลอรีน หรือโบรมีน ส่งผลให้เกิดอนุพันธ์ของฮาโลเจน ได้แก่ คลอโรบิวเทนและโบรโมบิวเทน ตามลำดับ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าการมีอยู่ของอะตอมของคาร์บอน 4 อะตอมในสายโซ่อัลคิลทำให้ได้อนุพันธ์ที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับตำแหน่งการแทนที่คลอรีนหรือโบรมีน ทิศทางของการทดแทนจะพิจารณาจากการเรียงลำดับอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลเป็นหลัก ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ายิ่งลำดับของอะตอมคาร์บอนในบิวเทนสูงเท่าใด การทดแทนก็จะง่ายขึ้นเท่านั้น การคลอรีนหรือโบรมีนของบิวเทนมักส่งผลให้เกิดส่วนผสมของอนุพันธ์ของฮาโลเจน ที่สำคัญ โบรมีนเป็นปฏิกิริยาเฉพาะเจาะจงมากกว่า – ในระหว่างกระบวนการ ผลผลิตของผลิตภัณฑ์หลักสูงถึง 99%

การใช้งานบิวเทนที่สำคัญ

• บิวเทนเป็นหนึ่งในสารประกอบเคมีที่ใช้ ในอุตสาหกรรมอาหาร เป็นสารชนิดหนึ่งที่ใช้ในการผลิตน้ำมันพืช หน้าที่ทางเทคโนโลยีของบิวเทนส่วนใหญ่รวมถึงการมีส่วนร่วมในการก่อตัวของอิมัลชันที่เป็นน้ำใน ละอองลอย ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตน้ำมันสเปรย์ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับทาถาดอบ เป็นต้น
• สารประกอบนี้เป็นส่วนประกอบสำคัญ ในอุตสาหกรรมเคมี มันถูกใช้ในการสังเคราะห์และกระบวนการหลายอย่าง ใช้เป็นตัวทำละลาย สารหล่อเย็น และสารตั้งต้นในการสังเคราะห์น้ำมันเบนซินสังเคราะห์ มันยังทำหน้าที่เป็นก๊าซพาหะ
• บิวเทนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็น เชื้อเพลิงในเตาแก๊สและถังแก๊สแบบพกพา เพื่อใช้เช่นที่ตั้งแคมป์ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับเติมไฟแช็คอีกด้วย เมื่อคุณคลิกปุ่ม ก๊าซที่เก็บไว้ในไฟแช็คจะติดไฟเมื่อสัมผัสกับประกายไฟ
• สารประกอบนี้ทำหน้าที่ เป็นก๊าซพาหะ ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น สเปรย์ฉีดผม ยาระงับกลิ่นกาย น้ำหอมปรับอากาศ หรือสีสเปรย์
• บิวเทนยังเป็น สารทำความเย็น ที่สำคัญอีกด้วย ใช้งานได้ดีกับตู้เย็นขนาดเล็กสำหรับตั้งแคมป์แบบพกพา สารประกอบไอโซเมอร์ทั้งสองรูปแบบสามารถใช้เป็นสารทำความเย็นได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พวกเขาได้รับความสนใจเนื่องจากมีราคาที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับสารทำความเย็นอื่นๆ บิวเทนมักใช้ในการทำความเย็นในรูปของส่วนผสมโพรเพน/บิวเทน อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่า เครื่องปรับอากาศทำงานได้ไม่ดีนัก เป็นต้น
• บิวเทนอาจใช้เป็นสารเติมแต่งในน้ำมันได้ เพื่อเพิ่มความผันผวน เอ็น-บิวเทนผ่านกระบวนการไอโซเมอไรเซชันและเปลี่ยนเป็นไอโซบิวเทนร่วมกับไฮโดรคาร์บอนบางชนิด เช่น บิวทิลีน ทำให้เกิดเป็นส่วนประกอบน้ำมันที่มีค่าออกเทนสูง

อนุพันธ์ของบิวเทนที่สำคัญ

บิวทานอล

บิวทานอลหรือเอทิลแอลกอฮอล์เป็นอนุพันธ์แอลกอฮอล์ของบิวเทน อาจอยู่ในรูปแบบไอโซเมอร์สองรูปแบบ ได้แก่ 1-บิวทานอล (n-บิวทานอล) และ 2-บิวทานอล (วินาที-บิวทานอล) บิวทานอลมาในรูปของของเหลวใสไม่มีสี ความสามารถในการละลายในน้ำต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเอทานอลหรือโพรพานอล นี่เป็นเพราะการมีอะตอมของคาร์บอนมากถึงสี่อะตอมในสายโซ่ ซึ่งส่งผลให้เกิดคุณสมบัติที่ไม่ชอบน้ำ บิวเทนสามารถละลายได้ง่ายในสารประกอบต่างๆ เช่น เบนซิน อะซิโตน และไดเอทิลอีเทอร์ ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมเคมี เป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้ในการผลิต เอสเทอร์ สี วาร์นิช และเรซิน นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเติมแต่งสำหรับ พลาสติก บิวทานอลเป็นส่วนประกอบสำคัญในผลิตภัณฑ์ที่มุ่งเป้าไปที่การเกษตร เมื่อพิจารณาถึงคุณสมบัติแล้ว ยังใช้เป็นตัวทำละลายได้ด้วย ที่น่าสนใจคือกำลังพิจารณาใช้เป็นเชื้อเพลิงเนื่องจากมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันเบนซิน

กรดบิวทาโนอิก

อนุพันธ์อินทรีย์ที่เป็นกรดของบิวเทนคือกรดบิวทาโนอิก มันเป็นตัวอย่างของ กรดคาร์บอกซิลิก ลักษณะอย่างหนึ่งคือมีกลุ่ม -COOH อยู่ในโมเลกุล กรดบิวทาโนอิกมักถูกเรียกว่า ‘กรดบิวทีริก’ เนื่องจากตรวจพบในเนยที่หืน กรดบิวทาโนอิกเป็นของเหลวมันเยิ้มที่มีกลิ่นไม่พึงประสงค์โดยเฉพาะ สามารถผสมกับน้ำและเอธานอลได้ง่าย ความหนาแน่นของมันต่ำกว่าน้ำเล็กน้อย เอสเทอร์ของกรดบิวทาโนอิก เช่น โซเดียม บิวเทรต ถือว่ามีความสำคัญ กรดบิวทาโนอิกเป็นวัสดุสำคัญในการได้รับเอสเทอร์ของกรดบิวริกหลายชนิด เช่น โซเดียมบิวเทรต เอสเทอร์ของกรดบิวทีริกน้ำหนักโมเลกุลต่ำส่วนใหญ่มีกลิ่นและรสชาติที่น่าพึงพอใจ เป็นผลให้ใช้เป็นวัตถุเจือปนอาหารและน้ำหอม อนุพันธ์ของกรดได้รับการรับรองให้เป็นสารปรุงแต่งรสอาหาร เนื่องจากมีกลิ่นแรง กรดจึงยังใช้เป็นสารเติมแต่งให้กับเหยื่อตกปลาอีกด้วย