Αιθενόνη

Η αιθενόνη ή κετένη (αγγλικά: ethenone) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, οξυγόνο και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C₂H₂O, αν και παριστάνεται συχνά με τους ημισυντακτικούς τύπους CH₂=CO και CH₂=C=O. Είναι η απλούστερη κετένη. Με βάση το μοριακό της τύπο, C₂H₂O, είναι «τυπικός» υδατάνθρακας (δηλαδή έχει την αναλογία ατόμων υδρογόνου - οξυγόνου 2:1, που έχει και το νερό, αλλά χωρίς να είναι πραγματικό σάκχαρο), και έχει τα ακόλουθα δύο (2) ισομερή θέσης:

1. Αιθινόλη (έλασσον ταυτομερές της αιθενόνης) με ημισυντακτικό τύπο HC ≡ COH.
2. Εποξυαιθένιο ή oξιρένιο (πολύ ασταθής ή υποθετική ένωση) με γραμμικό τύπο .

Δομή

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp2-1s	107 pm	3% C- H+
C=O	σ	2sp-2sp2	129 pm	19% C+ O-
	π	2p-2p
C=C	σ	2sp2-2sp	131 pm
	π	2p-2p
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
O	-0,38
C#2	-0,06
H	+0,03
C#1	+0,38

Παραγωγή

Το διάγραμμα της σύνθεσης της αιθενόνης - κετένης με πυρόλυση ασετόνης, με την οποία παράγεται μεθάνιο ως υποπροϊόν.

Με πυρόλυση προπανόνης

Με πυρόλυση ατμών προπανόνης, παράγεται αιθενόνη:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\stackrel{\mathrm{△}}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}$

Με αφυδάτωση

1. Με ενδομοριακή αφυδάτωση υδροξυαιθανάλης, παράγεται αιθενόνη. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, >150 °C:

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\underset{>150^{o}C}{\overset{\pi .H_{2}S{O}_4}{\to }}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

2. Με ενδομοριακή αφυδάτωση αιθανικού οξέος, παράγεται αιθενόνη:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{AlP{O}_4}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Με απόσπαση υδραλογόνου

1. Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από αλοαιθανάλη παράγεται αιθενόνη:

$\mathrm{X}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\underset{\mathrm{△}}{\overset{ROH}{\to }}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{X}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

2. Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από αιθανοϋλαλογονίδιο παράγεται αιθενόνη:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{X}\mathrm{+}\mathrm{E}{\mathrm{t}}_{\mathrm{3}}\mathrm{N}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{[}\mathrm{E}{\mathrm{t}}_{\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{H}\mathrm{]}\mathrm{X}$

Με υδρόλυση αλαιθινίου

Με υδρόλυση αλαιθινίου (HC ≡ CX) με αραιό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), παράγεται αρχικά αιθινόλη, που ταυτομερίζεται τελικά προς αιθενόνη (CH₂=C=O):

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{\equiv }\mathrm{C}\mathrm{X}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{-NaX}{\to }\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{\equiv }\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Ταυτομέρεια με αιθινόλη

Η αιθενάλη βρίσκεται πάντα σε χημική ισορροπία με την ταυτομερή της αιθινόλη. :

Σε χαμηλές θερμοκρασίες, πάνω από βάση από στερεό αργό, είναι πιθανός ο σχηματισμός υπολογίσιμης ποσότητας αιθινόλης, με την παραπάνω αντίδραση.

Αντιδράσεις με πυρηνόφιλα αντιδραστήρια

Η αιθενόνη αντιδρά με διάφορα πυρηνόφιλα αντιδραστήρια. Π.χ.:
1. Με νερό δίνει αιθανικό οξύ:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$

2. Με αλκοόλη (ROH) δίνει αιθανικό αλκυλεστέρα:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{R}$

3. Με αμμωνία δίνει αιθαναμίδιο:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

4. Με πρωτοταγείς αμίνες (RNH₂) δίνει αιθαναλκυλαμίδιο:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{H}\mathrm{R}$

5. Με καρβοξυλικό οξύ (RCOOH) δίνει αλκανικό ακετυλεστέρα:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{R}$

Διμερισμός

Διμερίζεται σχηματίζοντας 4-μεθυλενο-2-οξετανόνη:

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{}{\to }$

Φωτόλυση

Φωτολύεται σχηματίζοντας μεθυλένιο και μονοξείδιο του άνθρακα:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\stackrel{hv}{\to }\mathrm{[}\mathrm{:}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{]}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{O}$

• Το μεθυλένιο λειτουργεί πρακτικά σαν ελεύθερη δίριζα και μπορεί να δώσει διάφορα παράγωγα. Π.χ. με περίσσεια αιθενόνης δίνει προπενόνη, κυκλοπροπανόνη και μεθυλενοξιράνιο:

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\stackrel{hv}{\to }\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{+}\frac{1}{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{=}\mathrm{O}\mathrm{+}\frac{1}{4}$ $\mathrm{+}\frac{1}{4}$

Επικινδυνότητα

Η έκθεση σε (σχετικά) συμπυκνωμένα επίπεδα αιθενόνης προκαλεί στους ανθρώπους ερεθισμό σε μέρη του σώματός τους, όπως στους οφθαλμούς, στη μύτη, στο λαιμό και στους πνεύμονες. Πειράματα τοξικότητας της αιθενόνης σε πειραματόζωα ποντίκια, αρουραίους, χοιρίδια Γουϊνέας και κουνέλια έδειξαν ότι σε 10 λεπτά έκθεσης σε αιθενόνη, που είχε πρόσφατα παραχθεί, σε συγκεντρώσεις της τάξης των 0,2 mg/l ή 116 ppm, μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα, σε μεγάλο ποσοστό, το θάνατο των παραπάνω μικρών ζώων. Αυτά τα ευρήματα τοποθετούν την αιθενόνη στο ίδιο επίπεδο τοξικότητας με το φωσγένιο (0,2-20 mg/l) και το υδροκυάνιο (0,2-0,5 mg/l). Η αιθενόνη προκαλεί θάνατο από πνευμονικό οίδημα, εντελώς όμοια με την περίπτωση της δηλητηρίασης από φωσγένιο, αλλά πολύ πιο γρήγορα. Το όριο 8ωρης μέσης έκθεσης σε αιθενόνη είναι στα 500 ppb (900 μg/m³). Το όριο για άμεσα επικίνδυνης συγκέντρωσης για τους ανθρώπους είναι στα 5 ppm, εφόσον αυτή είναι η ελάχιστη παραγωγική συγκέντρωση κλινικά σχετική φυσιολογική απόκριση σε ανθρώπους.

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
• Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.