Βρωμαιθάνιο

Το βρωμαιθάνιο ή αιθυλοβρωμίδιοείναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και βρώμιο, με χημικό τύπο C₂H₅Br, ενώ συχνά παριστάνεται αναλυτικότερα ως CH₃CH₂Br. Συντομογραφικά συμβολίζεται με τα σύμβολα EtBr και Halon-2001. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκυλαλογονιδίων. Το καθαρό βρωμαιθάνιο, στις συνηθισμένες συνθήκες, (θερμοκρασία 25°C και πίεση 1 atm), είναι πτητικό άχρωμο υγρό με οσμή που ομοιάζει με αυτήν του διαιθυλαιθέρα.

Βρωμαιθάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Βρωμαιθάνιο
Άλλες ονομασίες	Αιθυλοβρωμίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C2H5Br
Μοριακή μάζα	108,97 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2Br
Συντομογραφίες	EtBr
Αριθμός CAS	74-96-4
SMILES	CCBr
InChI	1S/C2H5Br/c1-2-3/h2H2,1H3
Αριθμός UN	KH6475000
ChemSpider ID	6092
Δομή
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-119 °C
Σημείο βρασμού	38,4 °C
Πυκνότητα	1.470 kg/m3 (υγρό)
Διαλυτότητα στο νερό	9,1 kg/m3 (20 °C)
Ιξώδες	0,402 cP (20 °C)
Εμφάνιση	Άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	-20 °C (κλειστό δοχείο)
Σημείο αυτανάφλεξης	511 °C
Επικινδυνότητα
Εύφλεκτο (F), Καρκινογόνο (κατ.3), Βλαβερό (Xn)
Φράσεις κινδύνου	R11 R20/22 R40
Φράσεις ασφαλείας	(S2) S36/37
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	1 2 0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Η ονομασία «βρωμαιθάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «αιθ-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) 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 «βρωμο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου βρωμίου ανά μόριο της ένωσης.

Μοριακή δομή

Η μοριακή δομή του είναι παρόμοια με αυτήν του αιθανίου, από το οποίο προέρχεται, θεωρητικά, αν αντικατασταθεί ένα άτομο υδρογόνου της ένωσης με άτομο βρωμίου.

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-Br	σ	2sp3-4sp3	191 pm	2% C+ Br-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
Br	-0,02
H	+0,03
C#1	-0,04
C#2	-0,09

Παραγωγή

Προσθήκη υδροβρωμίου σε αιθένιο

Με προσθήκη υδροβρωμίου σε αιθένιο παράγεται αιθυλοβρωμίδιο:

$\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+HBr{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}Br}$

Φωτοχημική βρωμίωση

Με φωτοχημική βρωμίωση αιθανίου:

$\mathrm {CH_{3}CH_{3}+Br_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}CH_{3}CH_{2}Br+HBr}$

• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυβρωμπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας αιθανίου.

Υποκατάσταση υδροξυλίου από βρώμιο

1. Με επίδραση υδροβρωμίου (HBr) σε αιθανόλη (CH₃CH₂OH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}OH+HBr{\xrightarrow {ZnBr_{2}}}CH_{3}CH_{2}Br+H_{2}O}$

Η αντίδραση πραγματοποιείται, συνήθως, με επίδραση μίγματος υδροβρωμίου και θειικού οξέος σε αιθανόλη.

2. Η υποκατάσταση του OH από Br στη μεθανόλη μπορεί να γίνει και με βρωμιωτικά μέσα: Με τριβρωμιούχο φωσφόρο (PBr₃):

$\mathrm {3CH_{3}CH_{2}OH+PBr_{3}{\xrightarrow {}}3CH_{3}CH_{2}Br+H_{3}PO_{3}}$

• Συνήθως ο τριβρωμιούχος φωσφόρος παράγεται, συνήθως, in citu με επίδραση βρωμίου σε ερυθρό φωσφόρο, διαλυμένα στην αιθανόλη, με την οποία (αιθανόλη) αντιδρά ο παραγώμενος τριβρωμιούχος φωσφόρος.

Με αποικοδόμηση τύπου Hunsdiecker

Με επίδραση βρωμίου σε προπανικό άργυρο παράγεται βρωμαιθάνιο, μέσω αντίδρασης τύπου Χανστίεκερ (Hunsdiecker reaction):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}COOAg+Br_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}Br+AgBr\downarrow +CO_{2}\uparrow }$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αντιδράσεις υποκατάστασης

• Οι αντιδράσεις είναι πιο γρήγορες σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλκυλαλογονίδια των άλλων αλογόνων, πλην του ιωδίου.

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται αιθανόλη (CH₃CH₂OH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+AgOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}OH+AgBr\downarrow }$

Παραγωγή από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αιθυλαλκυλαιθέρα (CH₃CH₂OR):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+RONa{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}OR+NaBr}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο-3 (RC≡CCH₂CH₃). Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH_{2}CH_{3}+NaBr}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό αιθυλεστέρα (RCOOCH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH_{2}CH_{3}+NaBr}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει προπανονιτρίλιο (CH₃CH₂CN):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+NaCN{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CN+NaBr}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+RLi{\xrightarrow {}}RCH_{2}CH_{3}+LiBr}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει αιθανοθειόλη (CH₃CH₂SH):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+NaSH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}SH+NaBr}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αιθυλαλκυλοθειαιθέρα (RSCH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH_{2}CH_{3}+NaBr}$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει αιθυλοϊωδίδιο (CH₃CH₂I):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+NaI{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}I+NaBr}$

Υποκατάσταση από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε αιθυλοβρωμίδιο (CH₃CH₂Cl) παράγεται φθοραιθάνιο:

$\mathrm {2CH_{3}CH_{2}Br+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}F+Hg_{2}Br_{2}\downarrow }$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει αιθαναμίνη (CH₃CH₂NH₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}NH_{2}+HBr}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει αλκυλαιθυλαμίνη (RNHCH₂CH₃):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH_{2}CH_{3}+HBr}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει διαλκυλαιθυλαμίνη [R'N(CH₂CH₃)R]:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}R{\acute {}}\;N(CH_{2}CH_{3})R+HBr}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει βρωμιούχο τριαλκυλαιθυλαμμώνιο {[R'N(CH₂CH₃)(R)R"]Br}:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+R{\acute {}}\;N(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;{\xrightarrow {}}[R{\acute {}}\;N(CH_{2}CH_{3})(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;]Br}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει αιθανοφωσφαμίνη:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+PH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}PH_{2}+HBr}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει νιτραιθάνιο (CH₃CH₂NO₂):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}NO_{2}+AgBr\downarrow }$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται αιθυλοβενζόλιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}Br{\xrightarrow {AlCl_{3}}}PhCH_{2}CH_{3}+HBr}$

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li). Παράγεται αιθυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) (αντιδραστήριο Grignard):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}MgBr}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται αιθάνιο:

$\mathrm {4CH_{3}CH_{2}Br+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{3}+LiBr+AlCl_{3}}$

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+Zn+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{3}+ZnBrCl}$

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

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

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{3}+RSnH_{2}Br}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 1-βρωμοβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂Br):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-βρωμο-1-βουτένιο (CH₃CH₂CH=CHBr):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}Br}$

3. Η αντίδραση του βρωμαιθανίου 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:

$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}RCH_{2}BrCH=CHCH_{2}CH_{2}CH_{3}}$ (1,4-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}RCH=CHCHBrCH_{2}CH_{2}CH_{3}}$ (1,2-προσθήκη)
$\mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}RCHBrCH(CH_{2}CH_{3})CH=H_{2}+{\frac {1}{2}}RCH(CH_{2}CH_{3})CHBrCH=CH_{2}}$ (3,4-προσθήκη)

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

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει αιθοξυ-2-βρωμαιθάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}BrCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{3}}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροβρωμίου (HBr) από αιθυλοβρωμίδιο παράγεται αιθένιο:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{2}=CH_{2}+NaBr+H_{2}O}$

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}Br+CH_{3}I+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {3}{5}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}Br+{\frac {2}{5}}CH_{3}CHBrCH_{3}+KI+H_{2}O}$

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

1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH₂-H. Παράγεται 1-βρωμοπροπάνιο.

2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς CH-H: 2. Παράγεται 2-βρωμοπροπάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 1-βρωμοπροπάνιου ~60% και 2-βρωμοπροπάνιου ~40%.

Εφαρμογές

Στην οργανική σύνθεση, το βρωμαιθάνιο είναι το «συνθετικό ισοδύναμο» του αιθυλοκαρβωνιόντος (Et⁺⁾) συνθόνιο (Synthon). Στην πραγματικότητα, ένα τέτοιο κατιόν δεν σχηματίζεται στ' αλήθεια. Για παράδειγμα, τα καρβοξυλικά άλατα μετατρέπονται σε αιθυλεστἐρες, τα καρβανιόντα σε αιθυλιωμένα παράγωγα, η θειουρία σε άλατα αιθυλοθιουρίας και οι αμίνες σε αιθυλαμίνες.

Ασφάλεια

Οι αλ(υδρογον)άνθρακες είναι γενικά εν δυνάμει επικίνδυνα αλκυλιωτικά μέσα. Τα βρωμίδια, μάλιστα, είναι καλύτερα αλκυλιωτικά μέσα από τα χλωτίδια, και έτσι η έκθεση σε βρωμαιθάνιο θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί. Το βρωμαιθάνιο ταξινομήθηκε από την Πολιτεία της Καλιφόρνιας ως καρκινογόνο και ως αναπαραγωγική τοξίνη.

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