1-Βρωμοβουτάνιο 1lt
To 1-Βρωμοβουτάνιο ή 1-βουτυλοβρωμίδιο είναι ένα υγρό (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25 °C, P = 1 atm) αλκυλογονίδιο. Με βάση το χημικό τύπο του, C4H9F, έχει τα ακόλουθα τρία (3) ισομερές θέσης:
Ονοματολογία
Η ονομασία «βρωμοβουτάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) 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. Τέλος, ο αρχικός αριθμός θέσης «1-», δηλώνει τον αριθμό θέσης του ατόμου του άνθρακα με το οποίο ενώνεται το άτομο του χλωρίου, για να διαχωριστεί η ένωση από την ισομερή της 2-βρωμοβουτάνιο.
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-Br | σ | 2sp3-4sp3 | 191 pm | 2% C+ Br– |
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο | ||||
H | +0,03 | |||
C#2,#3 | -0,06 | |||
C#1 | -0,04 | |||
Br | -0,02 | |||
C#4 | -0,09 |
Παραγωγή
Με φωτοχημική βρωμίωση
Με φωτοχημική βρωμίωση βουτανίου παράγεται μίγμα 1-βρωμοβουτανίου και 2-βρωμοβουτανίου:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+Br_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}0,02CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+0,98CH_{3}CH_{2}CHBrCH_{3}+HBr} }
- Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυβρωμοπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας βουτανίου.
- Η αναφερόμενη στοιχειομετρική αναλογία παραγωγής βρωμοβουτανίων δεν συνυπολογίζει τα συμπαραγόμενα πολυβρωμοπαράγωγα.
- Η μέθοδος δεν είναι χρήσιμη αν επιθυμείται το ένα μόνο ισομερές, αφού είναι σχετικά δύσκολος ο διαχωρισμός τους.
Υποκατάσταση υδροξυλίου από βρώμιο
1. Με επίδραση υδροβρωμίου (HCl) σε 1-βουτανόλη:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+HBr{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+H_{2}O} }
2. Η υποκατάσταση του OH από Br στη 1-βουτανόλη μπορεί να γίνει και με βρωμιωτικά μέσα[4] Με τριβρωμιούχο φωσφόρο (PCl3):
{\displaystyle \mathrm {3CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+PBr_{3}{\xrightarrow {}}3CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+H_{3}PO_{3}} }
Με προσθήκη βρωμαιθανίου σε αιθένιο
Με προσθήκη βρωμαιθάνιου σε αιθένιο παράγεται 1-βρωμοβουτάνιο::
{\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br} }
Με προσθήκη βρωμομεθανίου σε κυκλοπροπάνιο
Με προσθήκη βρωμομεθανίου σε κυκλοπροπάνιο παράγεται 1-βρωμοβουτάνιο:
Ή Με προσθήκη υδροβρωμίου σε κυκλοβουτάνιο
Με προσθήκη υδροβρωμίου (ΗBr) σε κυκλοβουτάνιο παράγεται 1-βρωμοβουτάνιο:
Επίσης Με αποικοδόμηση τύπου Hunsdiecker
Με επίδραση βρωμίου σε πεντανικό άργυρο παράγεται 1-βρωμοβουτάνιο – Αντίδραση Hunsdiecker:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}COOAg+Br_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}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 1-βουτανόλη (CH3CH2CH2CH2OH):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+AgOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+AgBr} }
Υποκατάσταση από αλκοξύλιο
Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλoβουτυλαιθέρα (CH3CH2CH2CH2OR):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+RONa{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OR+NaBr} }
Υποκατάσταση από αλκινύλιο
Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH2CH2CH2CH3). Π.χ.:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+RC\equiv CNa{\xrightarrow {}}RC\equiv CCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaBr} }
Υποκατάσταση από ακύλιο
Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό βουτυλεστέρα (RCOOCH2CH2CH2CH3):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+RCOONa{\xrightarrow {}}RCOOCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaBr} }
Υποκατάσταση από κυάνιο
Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει πεντανονιτρίλιο (CH3CH2CH2CH2CN):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+NaCN{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CN+NaBr} }
Υποκατάσταση από αλκύλιο
Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+RLi{\xrightarrow {}}RCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiBr} }
Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο
Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 1-βουτανοθειόλη (CH3CH2CH2CH2SH):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+NaSH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}SH+NaBr} }
Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο
Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλοβουτυλοθειαιθέρα (RSCH2CH2CH2CH3):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+RSNa{\xrightarrow {}}RSCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+NaBr} }
Υποκατάσταση από ιώδιο
Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδοβουτάνιο (CH3CH2CH2CH2I):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+NaI{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}I+NaBr} }
Υποκατάσταση από φθόριο
Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε 1-βρωμοβουτάνιο (CH3CH2CH2CH2Br) παράγεται 1-φθοροβουτάνιο:
{\displaystyle \mathrm {2CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F+Hg_{2}Br_{2}\downarrow } }
Υποκατάσταση από αμινομάδα
Με αμμωνία (NH3) σχηματίζει 1-βουταναμίνη (CH3CH2CH2CH2NH2):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}NH_{2}+HBr} }
Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα
Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH2) σχηματίζει N-αλκυλο-1-βουταναμίνη (RNHCH2CH2CH2CH3):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+RNH_{2}{\xrightarrow {}}RNHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+HBr} }
Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα
Με δευτεροταγείς αμίνες (R’NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-1-βουταναμίνη [R’N(CH2CH2CH2CH3)R]:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+R{\acute {}}\;NHR{\xrightarrow {}}R{\acute {}}\;N(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})R+HBr} }
Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα
Με τριτοταγείς αμίνες [R’N(R)R”] σχηματίζει βρωμιούχο N,N,N-τριαλκυλοβουτυλαμμώνιο {[R’N(CH2CH2CH2CH3)(R)R”]Br}:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+R{\acute {}}\;N(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;{\xrightarrow {}}[R{\acute {}}\;N(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})(R)R{\acute {}}\;{\acute {}}\;]Br} }
Υποκατάσταση από φωσφύλιο
Με φωσφίνη σχηματίζει 1-βουτανοφωσφαμίνη:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+PH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}PH_{2}+HBr} }
Υποκατάσταση από νιτροομάδα
Με νιτρώδη άργυρο (AgNO2) σχηματίζει 1-νιτροβουτάνιο (CH3CH2CH2CH2NO2):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}NO_{2}+AgBr} }
Υποκατάσταση από φαινύλιο
Με επίδραση τύπου Brriedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται βουτυλοβενζόλιο:
{\displaystyle \mathrm {PhH+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br{\xrightarrow {AlBr_{3}}}PhCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+HBr} }
Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων
1. Με λίθιο (Li σχηματίζει βουτυλολίθιο:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+2Li{\xrightarrow[{-10^{o}C}]{|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Li+LiBr} }
2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει βουτυλομαγνησιοβρωμίδιο:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}MgBr} }
Αναγωγή
1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH4) παράγεται βουτάνιο.:
{\displaystyle \mathrm {4CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+LiBr+AlBr_{3}} }
2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται βουτάνιο.:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+Zn+HBr{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+ZnBr_{2}} }
3. Με σιλάνιο, παρουσία τριβρωμιούχου βορίου, παράγεται βουτάνιο:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+SiH_{4}{\xrightarrow {BBr_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+SiH_{3}Br} }
4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+RSnH_{2}Br} }
Αντιδράσεις προσθήκης
1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 1-βρωμεξάνιο (CH3CH2CH2CH2CH2CH2Br):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br} }
2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-βρωμο-1-εξένιο (CH3CH2CH2CH2CH=CHBr):
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH=CHBr} }
3. Η αντίδραση του 1-βρωμοβουτανίου 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:
{\displaystyle \mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}RCH_{2}BrCH=CHCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}} } (1,4-προσθήκη)
{\displaystyle \mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}RCH=CHCHBrCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}} } (1,2-προσθήκη)
{\displaystyle \mathrm {RCH=CHCH=CH_{2}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}RCHBrCH(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3})CH=CH_{2}+{\frac {1}{2}}RCH(CH_{2}CH_{2}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-βρωμεπτάνιο:
{\displaystyle \mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br} }
5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει βουτοξυ-2-βρωμαιθάνιο:
{\displaystyle \mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br{\xrightarrow {}}BrCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}} }
Αντίδραση απόσπασης
Με απόσπαση υδροβρωμίου (HBr) από 1-βρωμοβουτάνιο παράγεται 1-βουτένιο:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}+NaBr+H_{2}O} }
Παρεμβολή καρβενίων
- Τα καρβένια (π.χ. [:CH2]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμε:
{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+CH_{3}I+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{3}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}Br+{\frac {2}{9}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}Br+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}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-βρωμοπεντάνιο.
- 2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#2H-H: Παράγεται 1-βρωμο-2-μεθυλοβουτάνιο.
- 3. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#3H-H: Παράγεται 1-βρωμο-3-μεθυλοβουτάνιο.
- 4. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς C#1H-H: Παράγεται 2-βρωμοπεντάνιο.
Προκύπτει επομένως μίγμα 1-βρωμοπεντάνιου ~33%, 1-βρωμο-2-μεθυλο-=βουτάνιου ~22%, 1-βρωμο-3-μεθυλοβουτάνιου ~22% και 2-βρωμοπεντάνιου ~22%.