Χημικές Αντιδράσεις Αιθέρα

Ο αιθέρας είναι μια οργανική χημική ουσία με ένα άτομο οξυγόνου συνδεδεμένο με 2 ομάδες αρυλίου ή αλκυλίου, οι οποίες μπορεί να είναι ίδιες ή διαφορετικές. Ο τυπικός τύπος για τους αιθέρες είναι R-O-R, R-O-Ar ή Ar-O-Ar, στον οποίο το R παρουσιάζει ένα αλκύλιο και το Ar υποδηλώνει μια ομάδα αρυλίου.

Οι αιθέρες κατηγοριοποιούνται συνήθως σε δύο τύπους με βάση τη λειτουργική ομάδα που συνδέεται:συμμετρικός αιθέρας, ο οποίος έχει δύο παρόμοιες ομάδες συνδεδεμένες με το άτομο οξυγόνου και ασύμμετρος αιθέρας, ο οποίος έχει δύο διακριτές ομάδες συνδεδεμένες με το άτομο οξυγόνου. Οι αιθέρες έχουν μεγάλη ποικιλία φυσικοχημικών χαρακτηριστικών. Θα συζητήσουμε τις χημικές αντιδράσεις του αιθέρα, τη σημασία τους στη χημεία και τις μοριακές τους ενώσεις.

Αιθέρας

Ο αιθέρας είναι μια οργανική ένωση που ορίζεται από ένα άτομο οξυγόνου συνδεδεμένο με δύο ομάδες αρυλίου ή αλκυλίου. Οι αιθέρες έχουν δομή παρόμοια με τις αλκοόλες και τόσο οι αλκοόλες όσο και ο αιθέρας έχουν δομή παρόμοια με το νερό. Στην αλκοόλη, μια ομάδα αλκυλίου αντικαθιστά ένα άτομο υδρογόνου ενός μορίου νερού, ενώ στην περίπτωση του αιθέρα, όλα τα ιόντα υδρογόνου υποκαθίστανται από ομάδες αλκυλίου ή αρυλίου.

Οι αιθέρες είναι άχρωμα υγρά με ευχάριστη οσμή σε θερμοκρασία δωματίου. Οι αιθέρες είναι λιγότερο πυκνοί από τις αλκοόλες, λιγότερο υδατοδιαλυτοί και έχουν χαμηλότερα σημεία τήξης και βρασμού. Δεδομένου ότι είναι κυρίως μη αντιδραστικά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως διαλύτες για έλαια, λίπη, κόμμεα, κεριά, ρητίνες, αρώματα, βαφές και υδρογονάνθρακες. Ορισμένοι ατμοί αιθέρα χρησιμοποιούνται ως ακαρεοκτόνα, εντομοκτόνα εδάφους και υποκαπνιστικά. Οι αιθέρες είναι επίσης χρήσιμοι στη φαρμακευτική και την ιατρική, ιδιαίτερα ως αναισθητικά. Ο «αιθυλαιθέρας» (CH3CH2OCH2CH3), μερικές φορές γνωστός απλώς ως αιθέρας, χρησιμοποιήθηκε αρχικά ως χειρουργικό αναισθητικό το 1842. Ο «μεθυλαιθέρας» ή κωδεΐνη είναι ένα ισχυρό αναλγητικό. Επειδή ο αιθέρας είναι πολύ εύφλεκτος, έχει αντικατασταθεί κυρίως από λιγότερο εύφλεκτα αναισθητικά όπως «νιτρικό οξείδιο» (N2O) ή «αλοθάνιο (CF3CHClBr).

Ο αιθυλαιθέρας είναι ένας εξαιρετικός διαλύτης για εκχυλίσεις και ένα ευρύ φάσμα χημικών αντιδράσεων. Χρησιμοποιείται επίσης ως πτητικό υγρό έναρξης για κινητήρες ντίζελ και βενζίνης σε κρύο καιρό. Ο διμεθυλαιθέρας είναι ψυκτικό και προωθητικό ψεκασμού. Ο «μεθυλ-βουτυλαιθέρας» είναι ένα συστατικό βενζίνης που αυξάνει τα οκτάνια ενώ μειώνει τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου στα καυσαέρια. Οι αιθέρες της αιθυλενογλυκόλης χρησιμοποιούνται ως διαλύτες και πλαστικοποιητές.

Φυσικές ιδιότητες του αιθέρα

Οι αιθέρες δεν έχουν τις υδροξυλομάδες που εμφανίζονται στις αλκοόλες. Τα μόρια του αιθέρα δεν μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους εκτός εάν έχουν έναν έντονα πολωμένο δεσμό ΟΗ. Οι αιθέρες έχουν φραγμούς, όπως η έλλειψη δύο ηλεκτρονίων στο οξυγόνο τους, και μπορούν να δημιουργήσουν δεσμό υδρογόνου με τα άλλα μόρια που έχουν δεσμούς NH ή OH. Λόγω της τάσης τους να δημιουργούν άτομα υδρογόνου με άλλα μόρια, οι αιθέρες είναι εξαιρετικοί διαλύτες για ένα ευρύ φάσμα οργανικών χημικών ουσιών και έναν εκπληκτικό αριθμό ανόργανων υλικών.

Καθώς τα μόρια του αιθέρα δεν μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους, τα σημεία βρασμού τους είναι σημαντικά χαμηλότερα από αυτά των αλκοολών παρόμοιου μοριακού βάρους. Ο διαιθυλαιθέρας, για παράδειγμα, έχει σημείο βρασμού 35 °C / 95 °F, ενώ η 1-βουτανόλη έχει σημείο βρασμού 118 °C /244 °F. Οι θερμοκρασίες βρασμού των αιθέρων είναι πολύ πιο κοντά στα αλκάνια που έχουν παρόμοια μοριακά βάρη. Το πεντάνιο έχει σημείο βρασμού 36 °C / 97 °F, το οποίο είναι κοντά στη θερμοκρασία βρασμού του διαιθυλαιθέρα.

Χημικές αντιδράσεις αιθέρα

Αν και άλλα είναι κυρίως αδρανή στην αντιδραστικότητα, έχουν καλά χαρακτηριστικά διαλύτη για ένα ευρύ φάσμα μη πολικών χημικών μορίων. Οι αιθέρες είναι κατάλληλοι διαλύτες για την εκτέλεση αντιδράσεων λόγω της υψηλής διαλυτικής τους ισχύος και της χαμηλής αντιδραστικότητας τους.

Η πιο αξιοσημείωτη αντίδραση των αιθέρων είναι μια καταλυόμενη από οξύ θραύση που συμβαίνει κάθε φορά που το υδραυλικό οξύ ή το HI αντιδρούν μαζί τους. Αυτή η αντίδραση λαμβάνει χώρα μέσω ενός «μηχανισμού πυρηνόφιλης υποκατάστασης». Οι «πρωτογενείς και δευτερογενείς αλκυλαιθέρες» διασπώνται χρησιμοποιώντας έναν μηχανισμό SN2, ενώ οι βενζυλικοί, τριτοταγείς και ακρυλικοί αιθέρες διασπώνται από ένα SN1. Η αλληλεπίδραση του μεθυλ ισοπροπυλαιθέρα με το HI είναι μια κλασική αντίδραση SN2.

Αιθερική όξινη διάσπαση

Με έναν μηχανισμό SN2 ή SN1, οι υδατικές συγκεντρώσεις Υδρογόνου ή ΗΙ αλλά όχι HCl τείνουν να διασπούν τους αιθέρες σε αλκοόλη και ένα προϊόν αλκυλαλογονιδίου. Εάν ο αιθέρας συνδέεται μόνο με πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή μεθυλαλκυλικές ενώσεις, συνήθως θα συμβεί μια επιλεκτική διάσπαση με τη χρήση μηχανισμού SN2. Το ισχυρό οξύ πρωτονιώνει πρώτα το αιθερικό οξυγόνο. Η προκύπτουσα συζυγή βάση αλογονιδίου στη συνέχεια χτυπά τον πρωτονιωμένο αιθέρα σε έναν υποκαταστάτη αλκυλίου που παρεμποδίζεται λιγότερο από υποκαταστάτες, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός προϊόντος αλογόνου. Ο πολύ περισσότερος υποκαταστάτης αλκυλ υποκαταστάτης του αιθέρα αποβάλλεται ως αποχωρούσα ομάδα, σχηματίζοντας ένα προϊόν αλκοόλης.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι μια ομάδα φαινυλίου στον αιθέρα δεν μπορεί να συμμετέχει στην  αντίδραση SN2 μιας όξινης διάσπασης. Εάν υπάρχει μια ομάδα φαινυλίου, το πυρηνόφιλο αλογονίδιο θα επιτεθεί κατά προτίμηση στον άλλο υποκαταστάτη αλκυλίου, με αποτέλεσμα τη φαινόλη στο προϊόν.

Συμπέρασμα

Οι αιθέρες είναι χρήσιμοι διαλύτες λόγω της χαμηλής τους αντιδραστικότητας. Τα περισσότερα μπορούν να διασπαστούν με υδροβρωμικό οξύ ή HBr για να ληφθούν «αλκυλοβρωμίδια» ή με υδροϊωδικό οξύ για να παραχθούν αλκυλοϊωδίδια. Από την άλλη πλευρά, η αυτοξείδωση είναι η φυσική οξείδωση μιας χημικής ουσίας στον αέρα. Οι αιθέρες αυτοοξειδώνονται αργά παρουσία οξυγόνου για να δημιουργήσουν υδροϋπεροξείδια και διαλκυλο υπεροξύλιο. Αυτοί οι οξειδωτικοί παράγοντες μπορεί να εκραγούν εάν συμπυκνωθούν ή θερμανθούν. Για να αποφευχθούν τέτοιες εκρήξεις, οι αιθέρες προμηθεύονται μόνο σε μικρές ποσότητες, αποθηκεύονται σε καλά κλεισμένους σάκους και χρησιμοποιούνται το συντομότερο δυνατό.