Διάσπαση δεσμού C-O σε Αιθέρες

Ξεκινά με τη σύνθεση Williamson, μια κρίσιμη μέθοδο για την παρασκευή ασύμμετρων και συμμετρικών αιθέρων. Οι αιθέρες είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο μεταξύ δύο αλκυλομάδων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τον τύπο R-O-R' στον οποίο το R είναι η αλκυλομάδα και το O είναι το Οξυγόνο. Οι αιθέρες είναι επίσης γνωστοί ως αλκοξυαλκάνια. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε αρώματα, έλαια, κεριά και βαφές. Σε αυτή την αντίδραση, ένα αλκυλαλογονίδιο αντιδρά με αλκοξείδιο του νατρίου. Αιθέρες με υποκατεστημένες αλκυλομάδες μπορούν επίσης να παραχθούν με αυτή τη μέθοδο.

Αφυδάτωση αλκοολών για την παραγωγή αιθέρων

Για την επιτυχή παραγωγή αιθέρα με αφυδάτωση αλκοόλης, είναι απαραίτητο να έχετε τη σωστή θερμοκρασία. Μια αντίδραση SN2 συζυγούς οξέος αλκοόλης παράγει αιθέρα στους 110° έως 130°C και σε θερμοκρασία πλίθας  150°C, λαμβάνει χώρα αποβολή Ε2.

Στην παραπάνω αντίδραση, η θερμοκρασία διατηρείται περίπου στους 413 Κ και το αλκοόλ είναι σε περίσσεια. Εάν η αντίδραση και των δύο αυτών διαδικασιών δεν ακολουθηθεί με ακρίβεια, τότε η αλκοόλη θα υποστεί αφυδάτωση παράγοντας αλκένιο.

Το κύριο προϊόν θα είναι το αιθοξυαιθάνιο όταν η αιθανόλη αφυδατωθεί σε αιθέρα παρουσία θειικού οξέος σε θερμοκρασία 433 Κ. Δεν θα είναι δυνατό να ληφθούν αιθέρες με την αφυδάτωση δευτεροταγών και τριτοταγών αλκοολών, καθώς τα αλκένια σχηματίζονται γρήγορα σε αυτή την αντίδραση.

Η παραπάνω αντίδραση δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ασύμμετρων αιθέρων επειδή πρόκειται να ληφθεί ένα μείγμα προϊόντων. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον αλκοξυυδράρισμα για να παράγετε ασύμμετρους αιθέρες.

Η παραπάνω αντίδραση δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ασύμμετρων αιθέρων επειδή πρόκειται να ληφθεί ένα μείγμα προϊόντων. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον αλκοξυυδράρισμα για να φτιάξετε ασύμμετρους αιθέρες.

Ονοματολογία αιθέρων

• Τα κοινά ονόματα του αιθέρα μπορούν να δοθούν με αναφορά στις δύο ομάδες που συνδέονται με το αιθερικό οξυγόνο. Για παράδειγμα,  

• Ονόματα IUPAC όπως αλκυλαλκάνια, αλκοξυαλκάνια και αλκυλαρένια. Σε αυτό, η μεγαλύτερη αλυσίδα είναι η λέξη ρίζας και η γονική αλυσίδα.

Χημικές ιδιότητες του αιθέρα

Οι αιθέρες είναι άχρωμα ή διαφανή υγρά με φρουτώδη οσμή και είναι πολύ εύφλεκτα. Οι αιθέρες είναι επίσης διαλυτοί στο νερό λόγω των δεσμών Η και των υδρόφοβων αλκυλομάδων. Ωστόσο, δεν έχουν δεσμούς υδρογόνου, και ως εκ τούτου το σημείο βρασμού του αιθέρα είναι πολύ μικρότερο από άλλες αλκοόλες. Οι διαιθυλαιθέρες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως αναισθητικοί παράγοντες. Οι κινήσεις των δεσμών C-O δεν ακυρώνονται καθώς οι αιθέρες έχουν γωνία δεσμού περίπου 110°, και ως εκ τούτου έχουν πολύ ασθενή πολικότητα.

Φυσικές ιδιότητες του αιθέρα 

Επειδή ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου των αιθέρων με τα μόρια του νερού μπορεί να περιέχει έως και 3 άτομα άνθρακα στο νερό, η διαλυτότητα μειώνεται, πράγμα που σημαίνει ότι η αύξηση των ατόμων υδρογονάνθρακα μειώνει το σχηματισμό δεσμού Η. Έχουν τον τύπο R-O-R’ και περιέχουν ένα sp3 υβριδισμένο οξυγόνο μεταξύ αλκυλομάδων. Τα ηλεκτρόνια μεμονωμένου ζεύγους στο Οξυγόνο στους αρυλαιθέρες σχηματίζονται από την ένωση δύο ενώσεων με τον αρωματικό δακτύλιο, που αλλάζει την ιδιότητα του αιθέρα.

Διάσπαση δεσμού C-O σε αιθέρες

Η διάσπαση του δεσμού C-O στους αιθέρες απαιτεί ακραίες συνθήκες ή αλλαγές με περίσσεια HX και υψηλή θερμοκρασία. Η αντίδραση των διαλκυλαιθέρων με το ΗΧ δίνει δύο μόρια αλκυλαλογονιδίων.

R-O-R+HX→R-X+R-OH

Οι αλκυλαρυλαιθέρες διασπώνται στον δεσμό αλκυλ οξυγόνου λόγω του πιο σταθερού δεσμού οξυγόνου αρυλίου και το σπάσιμο αυτού του δεσμού είναι δύσκολο. Η σειρά αντιδραστικότητας είναι HI>HBr>HCl. Η συνθήκη αντίδρασης:περίσσεια (συμπ.) HI ή HBr και υψηλή θερμοκρασία.

Όταν έχουμε αιθέρα, δύο διαφορετικές ομάδες αλκυλίου διασπώνται επίσης ομοίως.

R-O-R’+HX→R-X+R’-OH

Η μηχανική εδώ είναι ότι το πρώτο βήμα είναι η πρωτονίωση του αιθέρα.

Ο αιθέρας πρωτονιώνεται σε ένα όξινο μέσο και μετά έχουμε πρωτονιωμένο αιθέρα.

Στη συνέχεια, το δεύτερο βήμα είναι όπου συμβαίνει η αντίδραση SN2, όπου οι πυρηνόφιλες επιθέσεις από την λιγότερο παρεμποδισμένη πλευρά καταλήγουν στην αντίστοιχη απόκριση υποκατάστασης. Μπορούμε να δούμε ότι το I- έλκει μια μεθυλομάδα, και μετά έχουμε μια μεταβατική κατάσταση όπου η ζωντανή ομάδα είναι η αλκοόλη και το ιωδιούχο μεθύλιο. Σημειώστε ότι έχουμε περίσσεια HI και υψηλή θερμοκρασία, η οποία έχει ως αποτέλεσμα μια άλλη αντίδραση υποκατάστασης που μας δίνει ένα άλλο μόριο αλκυλοϊωδιδίου.

Σε αυτήν την περίπτωση, θα δούμε τι συμβαίνει όταν μία από τις ομάδες αλκυλίου είναι τριτοταγής. το αλογονίδιο που προκύπτει είναι επίσης τριτοταγές αλογονίδιο.

 Στο δεύτερο βήμα, ο μηχανισμός SN1 λαμβάνει χώρα όπου σχηματίζεται το καρβοκατιόν.

Συμπέρασμα 

Συζητήσαμε τον ασύμμετρο και τον συμμετρικό αιθέρα. Μάθαμε ότι οι αιθέρες είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο μεταξύ δύο αλκυλομάδων και συζητήσαμε πώς να φτιάχνουμε αιθέρες με αφυδάτωση αλκοολών. Είναι σημαντικό να έχετε τη σωστή θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Η διάσπαση των δεσμών C-O σχετίζεται με το χρόνο αντίδρασης, τον διαλύτη και τη θερμοκρασία. Απουσία υψηλής πίεσης αερίου υδρογόνου και οργανικών διαλυτών, ο καταλύτης μπορεί να καταλύσει αποτελεσματικά τη διάσπαση των δεσμών C-O στο νερό ως διαλύτης. Η πρωτονίωση του καρβονυλικού οξυγόνου ενεργοποιεί την ομάδα καρβονυλίου προς την πυρηνόφιλη προσθήκη της αλκοόλης.