1-βρωμοβουτάνιο

1-βρωμοβουτάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	1-βρωμοβουτάνιο
Άλλες ονομασίες	1-βουτυλοβρωμίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H9Br
Μοριακή μάζα	92,57 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CH2CH2Br
Συντομογραφίες	BuBr
Αριθμός CAS	109-65-9
SMILES	CCCCBr
InChI	1S/C4H9Br/c1-2-3-4-5/h2-4H2,1H3
Αριθμός EINECS	203-691-9
Αριθμός RTECS	EJ6225000
Αριθμός UN	1126
PubChem CID	8002
ChemSpider ID	7711
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	3 2-βρωμοβουτάνιο 1-βρωμομεθυλοπροπάνιο 2-βρωμομεθυλοπροπάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-112 °C
Σημείο βρασμού	99-103 °C
Πυκνότητα	1.267,6 kg/m3
Δείκτης διάθλασης , nD	1,439
Τάση ατμών	5,3 kPa
Εμφάνιση	Άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	10 °C
Σημείο αυτανάφλεξης	265 °C
Επικινδυνότητα
Φράσεις κινδύνου	R11, R36/37/38, R51/53
Φράσεις ασφαλείας	S16, S26
LD50	2,761 g/kg
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

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:

1. 2-βρωμοβουτάνιο.
2. 1-βρωμομεθυλοπροπάνιο.
3. 2-βρωμομεθυλοπροπάνιο.

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:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+Br_{2}{\xrightarrow[{\triangle }]{UV}}0,02CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+0,98CH_{3}CH_{2}CHBrCH_{3}+HBr}$

• 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:

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

2. Η υποκατάσταση του OH από Br στη 1-βουτανόλη μπορεί να γίνει και με βρωμιωτικά μέσα Με τριβρωμιούχο φωσφόρο (PCl₃):

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

Με προσθήκη βρωμαιθανίου σε αιθένιο

Με προσθήκη βρωμαιθάνιου σε αιθένιο παράγεται 1-βρωμοβουτάνιο::

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

Με προσθήκη βρωμομεθανίου σε κυκλοπροπάνιο

Με προσθήκη βρωμομεθανίου σε κυκλοπροπάνιο παράγεται 1-βρωμοβουτάνιο:

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

Με προσθήκη υδροβρωμίου σε κυκλοβουτάνιο

Με προσθήκη υδροβρωμίου (ΗBr) σε κυκλοβουτάνιο παράγεται 1-βρωμοβουτάνιο:

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

Με αποικοδόμηση τύπου Hunsdiecker

Με επίδραση βρωμίου σε πεντανικό άργυρο παράγεται 1-βρωμοβουτάνιο - Αντίδραση Hunsdiecker:

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

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):

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

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αλκυλoβουτυλαιθέρα (CH₃CH₂CH₂CH₂OR):

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

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει αλκίνιο (RC≡CCH₂CH₂CH₂CH₃). Π.χ.:

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

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό βουτυλεστέρα (RCOOCH₂CH₂CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει πεντανονιτρίλιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CN):

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

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

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

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει 1-βουτανοθειόλη (CH₃CH₂CH₂CH₂SH):

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

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αλκυλοβουτυλοθειαιθέρα (RSCH₂CH₂CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει 1-ιωδοβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂I):

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

Υποκατάσταση από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε 1-βρωμοβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂Br) παράγεται 1-φθοροβουτάνιο:

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

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) σχηματίζει 1-βουταναμίνη (CH₃CH₂CH₂CH₂NH₂):

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

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH₂) σχηματίζει N-αλκυλο-1-βουταναμίνη (RNHCH₂CH₂CH₂CH₃):

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

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει N,N-διαλκυλο-1-βουταναμίνη [R'N(CH₂CH₂CH₂CH₃)R]:

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

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει βρωμιούχο N,N,N-τριαλκυλοβουτυλαμμώνιο {[R'N(CH₂CH₂CH₂CH₃)(R)R"]Br}:

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

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη σχηματίζει 1-βουτανοφωσφαμίνη:

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

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO₂) σχηματίζει 1-νιτροβουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂NO₂):

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

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Brriedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται βουτυλοβενζόλιο:

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

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Με λίθιο (Li σχηματίζει βουτυλολίθιο:

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

2. Με μαγνήσιο (Mg) σχηματίζει βουτυλομαγνησιοβρωμίδιο :

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

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται βουτάνιο.:

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

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

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

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριβρωμιούχου βορίου, παράγεται βουτάνιο:

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

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

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

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 1-βρωμεξάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂Br):

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

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-βρωμο-1-εξένιο (CH₃CH₂CH₂CH₂CH=CHBr):

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

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:

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

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

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

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

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

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροβρωμίου (HBr) από 1-βρωμοβουτάνιο παράγεται 1-βουτένιο:

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

Παρεμβολή καρβενίων

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

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+CH_{3}I+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{3}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}Br+{\frac {2}{9}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}Br+{\frac {2}{9}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHBrCH_{3}+KI+H_{2}O}$

• 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%.

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