Νιτραιθένιο

Νιτραιθένιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Νιτραιθένιο
Άλλες ονομασίες	Νιτραιθυλένιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C2H3NO2
Μοριακή μάζα	73,051 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH2=CHNO2
Συντομογραφίες	ViNO2
Αριθμός CAS	3638-64-0
SMILES	C=C[N+]([O-])=O
InChI	1S/C2H3NO2/c1-2-3(4)5/h2H,1H2
PubChem CID	14436
ChemSpider ID	69627
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	>17
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	−55 °C
Σημείο βρασμού	98,5 °C
Πυκνότητα	1.073 kg/m3
Διαλυτότητα στο νερό	78,9 kg/m3 (20 °C)
Τάση ατμών	45,8 mmHg
Εμφάνιση	Άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	23,2 °C
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το νιτραιθένιο ή νιτραιθυλένιο είναι μια υγρή (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25°C, P = 1 atm) οργανική ένωση με χημικός τύπο C₂H₃NO₂. Είναι το απλούστερο νιτροαλκένιο, δηλαδή μια άκυκλη ένωση με ένα διπλό δεσμό και μια νιτροομάδα (-NO₂). Το νιτραιθένιο εξυπηρετεί ως ένα χρήσιμο ενδιάμεσο κατά την παραγωγή μιας ποικιλίας άλλων χημικών προϊόντων.

Ισομερή θέσης

Με βάση το χημικό του τύπο, C₂H₃NO₂, έχει τουλάχιστον τα ακόλουθα ισομερή θέσης (όχι όλα σταθερά):

1. Αιθενονιτρονικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₂=C=NOOH (ταυτομεές του νιτραιθενίου).
2. Νιτρώδης βινυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₂=CHONO (ο βινυλεστέρας του νιτρώδους οξέος).
3. 1-νιτρωδοαιθενόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₂=C(NO)OH .
4. 2-νιτρωδοαιθενόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: ONCH=CHOH (σε δύο (2) γεωμετρικά ισομερή).
5. Υδροξυαμινοαιθινόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HOC ≡ CNHOH.
6. Αιθινοδιυδροξυλαμίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: Η C≡ CN(OH)₂.
7. Ιμιναιθενοδιόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HN = C = C(OH)₂.
8. Υδροξυϊμινοαιθενυδροξυλιμίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH=C=NOH.
9. Ιμιναιθανοδιόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HN = CHCH(OH)₂.
10. Διυδροξυαιθανονιτρίλιο με σύντομο συντακτικό τύπο: (ΗΟ)₂CHCN.
11. Υδροξυαμιναιθενόνη με σύντομο συντακτικό τύπο: ΗΟNHCH=CO.
12. Αμινυδροξυαιθενόνη με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH(NH)=CO.
13. Ιμιναιθανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο: HN=CHCOOH.
14. Μεθυλενοκαρβιμικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο: CH₂=NCOOH.
15. Μεθανικός ιμινομεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο: HCOOCH=NH.
16. Μεθανικός μεθυλενιμινεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο: HCOON=CH₂.
17. Φορμυλομεθαναμίδιο με σύντομο συντακτικό τύπο: HCOCONH₂.

Ονοματολογία

Η ονομασία «νιτραιθένιο» θεωρεί ότι η ένωση είναι υποκατεστημένο αιθένιο, δηλαδή αιθένιο, ένα άτομο υδρογόνου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από μια νιτροομάδα (-NO₂).

Παραγωγή

Βιομηχανική

Το νιτραιθάνιο παράγεται βιομηχανικά σε δύο (2) στάδια:

1. Με επίδραση νιτρομεθάνιου σε μεθανάλη (ή και σε ένα ολιγομερές της, όπως την παραφορμαλδεΰδη). Το αρχικό αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης είναι η παραγωγή της 2-νιτραιθανόλης:

$\mathrm {CH_{3}NO_{2}+HCHO{\xrightarrow {}}O_{2}NCH_{2}CH_{2}OH}$

2. Στη συνέχεια, με επίδραση θειικού οξέος στην 2-νιτραιθανόλη αποσπάται μονομοριακά νερό, με μηχανισμό E₂, παράγοντας νιτραιθένιο:

$\mathrm {O_{2}NCH_{2}CH_{2}OH{\xrightarrow[{H_{2}SO_{4}}]{\triangle }}CH_{2}=CHNO_{2}+H_{2}O}$

Εναλλακτικές μέθοδοι

Με επίδραση νιτρώδους αργύρου σε βινυλαλογονίδια

Με επίδραση νιτρώδους αργύρου σε βινυλαλογονίδιο, παράγεται νιτραιθένιο:

$\mathrm {CH_{2}=CHX+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHNO_{2}+AgX\downarrow }$

Από 2-χλωροπροπενικό οξύ

Με επίδραση νιτρώδους νατρίου σε 2-χλωροπροπενικό νάτριο, παράγεται νιτραιθένιο:

$\mathrm {CH_{2}=CClCOONa+NaNO_{2}+H_{2}O{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHNO_{2}+NaCl+NaHCO_{3}}$

Από 1-αλο-2-νιτραιθάνιο

Με απόσπαση υδραλογόνου από 1-αλο-2-νιτραιθάνιο παράγεται νιτραιθένιο:

$\mathrm {O_{2}NCH_{2}CH_{2}X+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{2}=CHNO_{2}+NaX+H_{2}O}$

Γενικές ιδιότητες

Το νιτραιθένιο έχει μια διπολική ροπή που παράγεται από την προσέλκυση ηλεκτρονικού νέφους από τη νιτρομάδα που περιέχεται στο μόριο. Έτσι είναι διαλυτό στο νερό αλλά και σε μη πολικούς διαλύτες. Το νιτραιθένιο είναι εξαιρετικά δραστικό, ακόμη και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Σύντομα αυτοδιασπάται σε θερμοκρασία δωματίου (20°C). Σε αντιδιαστολή όμως με την αναφερόμενη αστάθειά του, βρέθηκε ότι είναι σχετικά σταθερό αν διαλυθεί στ βενζόιο, τουλάχιστον επί έξι (6) μήνες, αν αποθηκευθεί σε θερμοκρασία -10°C.

Χημική συμπεριφορά και παράγωγα

Το νιτραιθένιο έχει ένα μόριο με έλλειμμα ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα, το νιτραιθένιο δρα ως ηλεκτρονιόφιλο στις αντιδράσεις. Είναι ικανό να αντιδρά αυτόρμητα ακόμη και σε θερμοκρασίες κάτω από -100°C, δίνοντας συχνά εξώθερμες αντιδράαεις. Τα πιο συνηθισμένα είδη αντιδράσεων αυτής της ένωσης είναι οι αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης, οι αντιδράσεις προσθήκης ελευθέρων ριζών και οι αντιδράσεις πυρηννόφιλης προσθήκης.

Κυκλοπροσθήκες

Το νιτραιθένιο μπορεί να δρα ως πηγή 2π ηλεκτρονίων σε μια κυκλοπροσθήκγη τύπου 4+2. Η νιτρομάδα εξυπηρετεί ως ομάδα προσέλκυσης ηλεκτρονικού νέφους, γεγονός που κάνει την ένωση μια καλή υποψήφια ως ένα «διενόφιλο». Π.χ. αντιδρά γρήγορα με το κυκλοπενταδιένιο, το σπειροεπταδιένιο, και τα παράγωγά τους, σε αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης 4+2. Ένα απλούστερο παράδειγμα είναι η αντίδραση νιτραιθενίου με 1,3-κυκλοβουταδιένιο, που δίνει 4-νιτροκυκλεξένιο:

$\mathrm {CH_{2}=CHNO_{2}+CH_{2}=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}}$ 4-νιτροκυκλεξένιο

Ακόμη, το νιταιθένιο μπορεί να αντιδρά αρχικά με έναν «χειρόμοφρο» βινυλαιθέρα, και μετά να δίνει κυκλοπροσθήκη 3+2 με ένα διενόφιλο με έλλειμμα ηλεκτρονίου, όπως το διμεθυλοφουμαρικό οξύ. Οι αντιδράσεις αυτές είναι σχεδόν αυθόρμητες ακόμη και στους -78°C. Ένα απλούστερο παράδειγμα είναι η αντίδραση νιτραιθενίου με αιθένιο, που δίνει 3-μεθυλενο-N-υδροξυ-1,2-οξαζολιδίνη:

$\mathrm {CH_{2}=CHNO_{2}+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}}$ 3-μεθυλενο-N-υδροξυ-1,2-οξαζολιδίνη

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, Οργανική Χημεία, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982