Χλωραιθάνιο

Το χλωραιθάνιο (αγγλικά:chlorethane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και χλώριο,  με μοριακό τύπο C2H5Cl ή συντομογραφικά EtCl. Με βάση το σύστημα κωδικής ονομασίας που ξεκίνησε με τους φθοροχλωράνθρακες έχει τον κωδικό HCC-160 ή R-160.. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκυλαλογονιδίων. Παλαιότερα χρησιμοποιήθηκε σε μεγάλες ποσότητες για την παραγωγή τετραιθυλομολύβδου (PbEt4), που με τη σειρά του το παλαιό αντικροτικό πρόσθετο στην επίσης παλαιά πρώην super βενζίνη. Το χημικά καθαρό χλωραιθάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο και εύφλεκτο αέριο, αλλά στις κανονικές συνθήκες, δηλαδή θερμοκρασία 0 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι υγρό. Έχει απαλή και γλυκιά οσμή.

Ονοματολογία 

Η ονομασία «χλωραιθάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «αιθ-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) 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 «χλωρο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου χλωρίου ανά μόριο της ένωσης.

Ο κωδικός HCC-160 παράγεται ως εξής: Το HCC προέρχεται από την αγγλόφωνη λέξη HydroChloroCarbon. Το πρώτο ψηφίο (1) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 1+1 = 2 άτομα άνθρακα (ανά μόριο). Το δεύτερο ψηφίο (8) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 6 - 1 = 5 άτομα υδρογόνου. Και, τέλος, το τελευταίο ψηφίο (0), σημαίνει (εμμέσως) ότι η ένωση περιέχει ένα (1) άτομο χλωρίου, γιατί δηλώνει 0 άτομα φθορίου, ενώ λείπει ένα (1) άτομο υδρογόνου (το αιθάνιο έχει 6).

Μοριακή δομή

Παραγωγή 
Το χλωραιθάνιο παράγεται, πλέον, με υδροχλωρίωση αιθενίου: Για αρκετό χρονικό διάστημα στο παρελθόν, το χλωραιθάνιο παράγονταν από αιθανόλη και υδροχλωρικό οξύ ή και από αιθάνιο και χλώριο, αλλά αυτές οι παραγωγικές οδοί έχουν καταστεί αντιοικονομικές. Επίσης, κάποια ποσότητα χλωραιθανίου παράγεται ως παραπροϊόν της παραγωγής πολυβινυλοχλωριδίου. Βεβαίως, αν η ζήτηση του χλωραιθανίου συνεχήσει να μειώνεται, θα αυξηθεί ανάλογα και το ποσοστό της τελευταίας παραγωγής.

Υποκατάσταση υδροξυλίου από χλώριο 
1. Με επίδραση υδροχλωρίου (HCl) σε αιθανόλη (CH3CH2OH):

 Η αντίδραση γίνεται και χωρίς την παρουσία του καταλύτη, αλλά πολύ πιο αργά.
 Μια βιομηχανική παραλλαγή της παραπάνω αντίδρασης είναι η ακόλουθη:

2. Η υποκατάσταση του OH από Cl στη μεθανόλη μπορεί να γίνει και με χλωριωτικά μέσα:
1. Με πενταχλωριούχο φωσφόρο (PCl5):

2. Με τριχλωριούχο φωσφόρο (PCl3):

3. Με θειονυλοχλωρίδιο (SOCl2):

Υποκατάσταση φθορίου από χλώριο 

Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου σε φθοραιθάνιο παράγεται χλωραιθάνιο:

Φωτοχημική χλωρίωση 
Με φωτοχημική χλωρίωση αιθανίου:
Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Παράγονται και πολυχλωροοπαράγωγα. Η συγκέντρωση των τελευταίων περιορίζεται με χρήση περίσσειας αιθανίου.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αντιδράσεις υποκατάστασης 

 Οι αντιδράσεις είναι πιο αργές σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλκυλαλογονίδια των άλλων αλογόνων, πλην του φθορίου, γιατί επικρατεί ο μηχανισμός SN2, που ευνοείται από πυρηνόφιλα με μεγαλύτερη επιδεκτικότητα πόλωσης από το χλώριο.

Υποκατάσταση από υδροξύλιο 

Κατά την υδρόλυσή του με εναιώρημα υδροξειδίου του αργύρου (AgOH) σχηματίζεται  αιθανόλη (CH3CH2OH):

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο 

Με αλκοολικά άλατα (RONa) σχηματίζει αιθυλαλκυλαιθέρα (CH3CH2OR):

Υποκατάσταση από αλκινύλιο 

Με αλκινικά άλατα (RC≡CNa) σχηματίζει 3-αλκίνιο (RC≡CCH2CH3). Π.χ.:

Υποκατάσταση από ακύλιο 

Με καρβονικά άλατα (RCOONa) σχηματίζει καρβονικό αιθυλεστέρα (RCOOCH2CH3):

Υποκατάσταση από κυάνιο 

Με κυανιούχο νάτριο (NaCN) σχηματίζει προπανονιτρίλιο (CH3CH2CN):

Υποκατάσταση από αλκύλιο 

Με αλκυλολίθιο (RLi) σχηματίζει αλκάνιο:

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο 

Με όξινο θειούχο νάτριο (NaSH) σχηματίζει αιθανοθειόλη (CH3CH2SH):

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο 

Με θειολικό νάτριο (RSNa) σχηματίζει αιθυλαλκυλοθειαιθέρα (RSCH2CH3):

Υποκατάσταση από ιώδιο 

Με ιωδιούχο νάτριο (NaI) σχηματίζει ιωδαιθάνιο (CH3CH2I):

Υποκατάσταση από φθόριο 

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε αιθυλοχλωρίδιο (CH3CH2Cl), παράγεται φθοραιθάνιο:

Υποκατάσταση από αμινομάδα 

Με αμμωνία (NH3) σχηματίζει αιθαναμίνη (CH3CH2NH2):

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα 

Με πρωυτοταγείς αμίνες (RNH2) σχηματίζει αλκυλαιθυλαμίνη (RNHCH2CH3):

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα 

Με δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR) σχηματίζει διαλκυλαιθυλαμίνη [R'N(CH2CH3)R]:

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα 

Με τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"] σχηματίζει χλωριούχο τριαλκυλαιθυλαμμώνιο {[R'N(CH2CH3)(R)R"]Cl}:

Υποκατάσταση από φωσφύλιο 

Με φωσφίνη σχηματίζει αιθανοφωσφαμίνη:

Υποκατάσταση από νιτροομάδα 

Με νιτρώδη άργυρο (AgNO2) σχηματίζει νιτραιθάνιο (CH3CH2NO2):

Υποκατάσταση από φαινύλιο 

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται αιθυλοβενζόλιο:

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων 

1. Με λίθιο (Li). Παράγεται αιθυλολίθιο:

2. Με μαγνήσιο (Mg) (αντιδραστήριο Grignard):

3. Με υδράργυρο (Hg):

4. Με μόλυβδο (Pb):
ή

Αναγωγή 

1. Με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH4) παράγεται αιθάνιο:

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

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται αιθάνιο:

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

Αντιδράσεις προσθήκης 

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 1-χλωροβουτάνιο (CH3CH2CH2CH2Cl):

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-χλωρο-1-βουτένιο (CH3CH2CH=CHCl):

3. Η αντίδραση του χλωραιθανίου 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:
 (1,4-προσθήκη) (1,2-προσθήκη) (3,4-προσθήκη)
4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1-χλωροπεντάνιο:
 
5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει αιθοξυ-2-χλωραιθάνιο:

Αντίδραση απόσπασης 

Με απόσπαση υδροχλωρίου (HCl) από χλωραιθάνιο παράγεται αιθένιο:

Παρεμβολή καρβενίων 

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

 Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε:
1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH2-H. Παράγεται 1-χλωροπροπάνιο.
2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς CH-H: 2. Παράγεται 2-χλωροπροπάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 1-χλωροπροπάνιου ~60% και 2-χλωροπροπάνιου ~40%.

Εφαρμογές 

Ξεκινώντας από το 1922 και συνεχίζοντας κατά το μεγαλύτερο ποσοστό του 20ού αιώνα, η κύρια εφαρμογή του χλωραιθανίου ήταν η παραγωγή του τετραιθυλομολύβδου (PbEt4, TetraEthylLead, TEL), ένα αντικροτικό πρόσθετο για την (τότε super) βενζίνη. Όταν η βενζίνη έγινε αμόλυβδη, η ζήτηση του TEL και κατ' επέκταση και του χλωραιθανίου μειώθηκε πολύ. Το χλωραιθάνιο, όμως, αντιδρά επίσης με το μεταλλικό αλουμίνιο (Αl) παράγοντας αιθυλαργυλιοενημιχλωρίδιο (Et2AlCl•EtAlCl2), ένα ενδιάμεσο για την παραγωγή πολυμερών και άλλων χρήσιμων οργανοαλουμινικών ενώσεων.

Όπως και άλλοι χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες, το χλωραιθάνιο χρησιμοποιήθηκε ως ψυκτικό, ως προωθητικό αερολυμάτων και αφρού, αλλά και ως αναισθητικό. Για ένα χρονικό διάστημα (στο παρελθόν) χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή αιθυλοβενζολίου (PhEt), που είναι η πρόδρομη ένωση για την παραγωγή στυρενίου. Στον παρόντα χρόνο, όμως, δεν χρησιμοποιείται (πλέον) πολύ αυτή η εφαρμογή.

Το χλωραιθάνιο παρέχεται ως υγρό σε φυάλη αερολύμματος, που προωθείται από τη δική του τάση ατμών. Λειτουργεί ως ήπιο τοπικό αναισθητικό, με την ψυκτική επίδραση που προκαλεί όταν ψεκάζεται στο δέρμα, όταν (για παράδειγμα) πρέπει να γίνει αφαίρεση θραυσμάτων σε κλινικό περιβάλλον: Το υγρό χλωραιθάνιο που ψεκάζεται βράζει με την επαφή του με τους ιστούς, αφαιρώντας έτσι θερμότητα, οπότε παράγεται τοπική ψύξη. Εφόσον, μάλιστα, η (κανονική) θερμοκρασία βρασμού του είναι μεγαλύτερη από  0 °C, το χλωραιθάνιο δεν αποτελεί κίνδυνο για κρυοπαγήματα. Ωστόσο, οι ατμοί του είναι εύφλεκτοι και ναρκωτικοί, οπότε η χρήση του χρειάζεται προσοχή.

Το χλωραιθάνιο χρησιμοποιήθηκε ως ειπνεόμενο ψυχαγωγικό ναρκωτικό, παρόλο που δεν πρέπει να συγχέεται με το Duster, που είναι ένας όρος που περιγράφει τον «εμφυαλωμένο αέρα» (canned air)  και αναφέρεται σε χαμηλού μοριακού βάρους φθοριωμένους υδρογονάνθρακες, όπως τα τετραφθοραιθάνια, το διχλωροφθορομεθάνιο (CHCl2F) και άλλα παρόμοια αέρια. Όπως τα poppers το χλωραιθάνιο χρησιμοποιήθηκε ως εισπνεόμενο huffed κατά τη διάρκεια σεξουαλικής επαφής, κυρίως από ομοφυλόφιλους άνδρες. Στη Βραζιλία, το χλωραιθάνιο είναι παραδοσιακό, αν και παράνομο, ναρκωτικό που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια καρναβαλικών παρελάσεων, γνωστό ως lança-perfume

Στην οδοντιαντρική, το χλωραιθάνιο χρησιμοποιήθηκε ως ένα μέσο διάγνωσης «νεκρού στόματος», δηλαδή διάγνωσης για το σε αν κάποιο δόντι ο πολφός του έχει νεκρωθεί: Μια μικρή ποσότητα χλωραιθανίου τοποθετείται πάνω σε ένα «ύποπτο» δόντι με μια μπατονέτα. Το χλωραιθάνιο δημιουργεί τοπικό ήπιο αίσθημα ψύχους στον «ασθενή», εφόσον το δόντι περιέχει ζωντανό πολφό.

Ασφάλεια 
Το χλωραιθάνιο είναι το λιγότερο τοξικό από τα χλωραιθάνια (που περιλαμβάνουν όλα τα χλωροπαράγωγα του αιθανίου).  Όπως και οι άλλοι χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες, το χλωραιθάνιο είναι κατασταλτικό του κεντρικού νευρικού συστήματος, αν και με μικρότερο (σχετικό) δυναμικό σε σύγκριση με πολλές άλλες παρόμοιες ενώσεις. Άνθρωποι που εισπνέοουν ατμούς χλωραιθανίου σε συγκέντρωση μικρότερη από 1% συνήθως δεν αισθάνονται κανένα σύμπτωμα. Σε συγκεντρώσεις 3% - 5%, τα θύματα συνήθως εμφανίζουν συμπτώματα παρόμοια με εκείνα της μέθης από αιθανόλη. Η εισπνοή ατμών χλωραιθάνιου σε συγκέντρωση πάνω από 15% είναι συχνά θανατηφόρα, αλλά οι περισσότερες φιάλες σπρέϋ που διακινούνται εμπορικά περιέχουν συνολικά 30% κατ' όγκο υγροποιημένους ατμούς χλωραιθανίου, που κανονικά διαχέονται στον εξωτερικό αέρα όταν χρησιμοποιούνται.

Σε περίπτωση έκθεσης ανθρώπων σε συγκεντρώσεις ατμών χλωραιθανίων 6% - 8% τα θύματα χάνουν τις αισθήσεις τους, ενώ μειώνεται ο καρδιακός ρυθμός τους. Μπορεί, όμως, να συνέρθουν με φυσική επαφή ή με δυνατό θόρυβο. Από το σημείο αυτό, συνιστάται η απομάκρυνση από την περιοχή της έκθεσης, ώστε να επιστρέψει το θύμα σε ενσυνείδητη κατάσταση. Τα αποτελέσματα πιο μακροχρόνιας έκθεσης, δηλαδή για μια περίοδο πάνω από τέσσερεις (4) ώρες, μπορεί να προκαλέσει συμπτώματα παρόμοια με μέθη από αλκοόλη, σε συνδυασμό με αφυδάτωση,  δηλαδή ζαλάδα, απώλεια της καθαρής όρασης, και προσωρινή απώλεια συνείδησης, που μπορεί να διαρκέσουν από μία (1) ώρα και πάνω. Και πάλι, αν διακοπεί η έκθεση στο αέριο, το θύμα συνέρχεται γρήγορα. Η ανάρρωση μπορεί να υποβοηθηθεί με την πρόσληψη επιπλέον υγρών, βιταμινών και σακχάρων.

Η τοξική υπερέκθεση σε χλωραιθάνιο αρχίζει σε συγκεντρώσεις ατμών του από 9% -12%, οπότε ο καρδιακός ρυθμός μειώνεται επιπλέον, το θύμα μπορεί να έχει περισσότερη αναπνοή από το στόμα ή και να πάψει εντελώς να αναπνέει. Πλέον δεν αντιδρά σε εξωτερικά ερεθίσματα και μπορεί να αρχίσει να λαχανιάζει ακούσια, να ρεύεται, να κάνει εμετό, με κίνδυνο εισρόφησης, αν το θύμα δεν γυρίσει στο πλάι. Αυτό πλέον συνιστά ιατρικά επείγον περιστατικό και απαιτεί άμεση ειδική αντιμετώπιση. Συνιστάται η μετακίνηση του θύματος σε καθαρό αέρα και διαχείρηση τεχνητής αναπνοής, ώστε αναγκαστούν οι πνεύμονές του να αποβάλλουν τους τοξικούς ατμούς. Αν το θύμα αναρρώσει πολύ γρήγορα, ίσως η νοσηλεία σε νοσοκομείο να μην είναι (πλέον) απαραίτητη, αλλά θα απαιτηθεί ιατρική εξέταση, ώστε να επαναληθευθεί ότι δεν υπάρχει κάποια οργανική βλάβη.

Σε συγκεντρώσεις ατμών χλωραιθανίου πάνω από 12%, η καρδιά, οι πνεύμονες και τα νεφρά του θύματος αρχίζουν να καταρρέουν. Άμεση καρδιοαναπνευστική αναζωογόνηση που ακολουθείται από μέτρα ιατρικής υποστήριξης ίσως απαιτούνται για να αποφευχθεί θανατηφόρα ανεπάρκεια στα παραπάνω αναφερόμενα όργανα. Σε κάποιες μελέτες αναφέρεται ότι η μακροχρόνια έκθεση σε χλωραιθάνιο μπορεί να προκαλέσει βλάβες στο ήπαρ ή στα νεφρά, ακόμη και  καρκίνο της μήτρας σε ποντίκια, αλλά ττα δεδομένα αυτά είναι δύσκολο να επαληθευθεί αν ισχύουν και για τους ανθρώπους.

Το χλωραιθάνιο (προς το παρόν τουλάχιστον) δεν ταξινομείται ως καρκινογόνο (ομάδας 3) για τους ανθρώπους.

Πρόσφατες πληροφορίες, όμως, υποστηρίζουν ότι είναι εν δυνάμει καρκινογόνο, καθώς έχει επισημανθεί ως ACGIH κατηγορία A3, δηλαδή «...επιβεβαιωμένο καρκινογόνο για τα ζώα με άγνωστη συσχέτιση (ασθένειας - ουσίας) για τους ανθρώπους». Ως αποτέλεσμα του παραπάνω, η Πολιτεία της Καλιφόρνιας έχει ενσωματώσει το χλωραιθάνιο στην «Πρόταση 65» (Proposition 65), ως γνωστό καρκινογόνο. Ωστόσο, χρησιμοποιείται, ακόμη, στην ιατρική ως τοπικό αναισθητικό.

Σημειώσεις, παρατηρήσεις και αναφορές

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
 Νικολάου Αλεξάνδρου: Γενική Οργανική Χημεία - Δομή - Φάσματα - Μηχανισμοί - ΤΕΥΧΟΣ Α΄ - Εκδόσεις ΖΗΤΗ, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985.

Αλκυλαλογονίδια
Οργανικές ενώσεις χλωρίου
Αλαιθάνια
C2
Ψυκτικά
Αναισθητικά