La química de los organobromuros es el estudio de la síntesis y las propiedades de los compuestos organobromados , también llamados organobromuros , [1] que son compuestos orgánicos que contienen carbono unido al bromo . El más extendido es el bromometano, que se produce de forma natural .
Una aplicación destacada de los compuestos organobromados sintéticos es el uso de éteres de difenilo polibromados como retardantes de fuego y, de hecho, la fabricación de retardantes de fuego es actualmente el principal uso industrial del elemento bromo.
En la naturaleza se encuentran diversos compuestos organobromados menores, pero ninguno es biosintetizado ni requerido por los mamíferos. Los compuestos organobromados han sido objeto de un mayor escrutinio por su impacto ambiental.
La mayoría de los compuestos organobromados, al igual que la mayoría de los compuestos organohalogenuros , son relativamente no polares . El bromo es más electronegativo que el carbono (2,9 frente a 2,5). En consecuencia, el carbono en un enlace carbono-bromo es electrofílico , es decir, los bromuros de alquilo son agentes alquilantes . [2]
Las fuerzas de enlace carbono- halógeno , o las energías de disociación de enlace, son de 115, 83,7, 72,1 y 57,6 kcal/mol para el enlace a flúor , cloro, bromo o yodo, respectivamente. [3]
La reactividad de los compuestos organobromados es similar a la de los compuestos organoclorados y organoyodados , pero es intermedia entre ellos . Para muchas aplicaciones, los organobromuros representan un compromiso entre reactividad y costo. Las principales reacciones de los organobromuros incluyen la deshidrobromación , las reacciones de Grignard , el acoplamiento reductor y la sustitución nucleofílica .
Los alquenos agregan bromo de manera confiable sin catálisis para dar los dibromuros vecinales :
Los compuestos aromáticos sufren bromación simultáneamente con la evolución del bromuro de hidrógeno . Para que la reacción se produzca en los anillos aromáticos se necesitan catalizadores como AlBr3 o FeBr3. Se pueden utilizar catalizadores basados en cloro (FeCl3, AlCl3), pero el rendimiento disminuiría ligeramente, ya que podrían formarse dihalógenos (BrCl). La reacción se detalla siguiendo los patrones habituales de sustitución aromática electrofílica :
Una aplicación destacada de esta reacción es la producción de tetrabromobisfenol-A a partir de bisfenol-A .
La sustitución de radicales libres con bromo se utiliza habitualmente para preparar compuestos organobromados. Los sustratos alílicos, bencílicos y que contienen carbonilo son especialmente propensos a estas reacciones. Por ejemplo, el ácido bromoacético, de importancia comercial , se genera directamente a partir de ácido acético y bromo en presencia de un catalizador de tribromuro de fósforo :
El bromo también convierte el fluoroformo en bromotrifluorometano .
El bromuro de hidrógeno se agrega a través de enlaces dobles para dar bromuros de alquilo, siguiendo la regla de Markovnikov :
En condiciones de radicales libres, la dirección de la adición puede invertirse. La adición por radicales libres se utiliza comercialmente para la síntesis de 1-bromoalcanos, precursores de aminas terciarias y sales de amonio cuaternario. El bromuro de 2-feniletilo (C 6 H 5 CH 2 CH 2 Br) se produce por esta vía a partir de estireno .
El bromuro de hidrógeno también se puede utilizar para convertir alcoholes en bromuros de alquilo. Esta reacción, que debe realizarse a baja temperatura, se emplea en la síntesis industrial del bromuro de alilo :
El bromuro de metilo , otro fumigante, se genera a partir de metanol y bromuro de hidrógeno.
Los iones bromuro, proporcionados por sales como el bromuro de sodio , funcionan como nucleófilos en la formación de compuestos organobromados por desplazamiento. [4]
Un ejemplo de este desplazamiento de bromuro mediado por sal es el uso de bromuro de cobre (II) en cetonas : [5] [6]
R-CO-CH2 - R' + 2 CuBr2 → R-CO-CHBr-R' + 2 CuBr + HBr
Los compuestos organobromados se utilizan ampliamente como retardantes de fuego. [7] El miembro más destacado es el tetrabromobisfenol-A (4,4'-(1-metiletilideno)bis-(2,6-di-bromofenol), véase la figura). Este y el anhídrido tetrabromoftálico son precursores de polímeros en los que la cadena principal presenta enlaces covalentes carbono-bromo. Otros retardantes de fuego, como el hexabromociclododecano y los éteres de bromodifenilo, son aditivos y no se unen químicamente al material que protegen. El uso de retardantes de fuego organobromados está aumentando, pero también es controvertido porque son contaminantes persistentes.
El bromuro de etileno , obtenido por adición de bromo al etileno, tuvo alguna vez importancia comercial como componente de la gasolina con plomo . También fue un fumigante popular en la agricultura, desplazando al 1,2-dibromo-3-cloropropano ("DBCP"). Ambas aplicaciones están disminuyendo debido a consideraciones ambientales y de salud. El bromuro de metilo también es un fumigante eficaz, pero su producción y uso están controlados por el Protocolo de Montreal . Cada vez se utilizan más los biocidas organobromados utilizados en el tratamiento del agua. Los agentes representativos incluyen bromoformo y dibromodimetilhidantoína ("DBDMH"). [7] Algunos herbicidas, como el bromoxinil , también contienen fracciones de bromo. Al igual que otros pesticidas halogenados , el bromoxinil está sujeto a deshalogenación reductora en condiciones anaeróbicas y puede ser desbromado por organismos originalmente aislados por su capacidad para declorar de manera reductora los compuestos fenólicos. [8]
Muchos colorantes contienen enlaces carbono-bromo. El púrpura de Tiro (6,6'-dibromoíndigo), que se produce en la naturaleza, era un colorante valioso antes del desarrollo de la industria de los colorantes sintéticos a finales del siglo XIX. Varios derivados bromados de la antroquinona se utilizan comercialmente. El azul de bromotimol es un indicador popular en química analítica .
Entre los fármacos organobromados disponibles en el mercado se encuentran el vasodilatador nicergolina , el sedante brotizolam , el agente anticancerígeno pipobroman y el antiséptico merbromina . Por lo demás, los compuestos organobromados rara vez son útiles farmacéuticamente, a diferencia de lo que ocurre con los compuestos organofluorados . Varios fármacos se producen como sales de bromuro (o equivalentes, bromhidrato), pero en tales casos el bromuro actúa como un contraión inocuo sin importancia biológica. [7]
Los compuestos organobromados como la 4-bromometacatinona han aparecido en el mercado de drogas de diseño junto con otras anfetaminas y catinonas halogenadas en un intento de eludir las leyes de drogas existentes. [ cita requerida ]
Los compuestos organobromados son los organohaluros más comunes en la naturaleza. Aunque la concentración de bromuro es solo el 0,3% de la del cloruro en el agua de mar, los compuestos organobromados son más frecuentes en los organismos marinos que los derivados organoclorados. Su abundancia refleja la fácil oxidación del bromuro al equivalente de Br + , un potente electrófilo. La enzima bromoperoxidasa de vanadio , una de una familia más grande de bromoperoxidasas , cataliza esta reacción en el entorno marino. [9] Se estima que los océanos liberan entre 1 y 2 millones de toneladas de bromoformo y 56 000 toneladas de bromometano anualmente. [10] Las algas rojas, como la comestible Asparagopsis taxiformis , que se come en Hawái como "limu kohu", concentran compuestos organobromados y organoyodados en "células vesiculares"; El 95% del aceite esencial volátil de Asparagopsis , preparado secando las algas al vacío y condensándolas con hielo seco, son compuestos organohalogenados, de los cuales el bromoformo representa el 80% en peso. [11] El bromoformo, producido por varias algas, es una toxina conocida, aunque las pequeñas cantidades presentes en las algas comestibles no parecen suponer un daño para los humanos. [12]
Algunos de estos compuestos organobromados se emplean en una forma de "guerra química" entre especies. En los mamíferos, la peroxidasa de los eosinófilos , importante para la defensa contra parásitos multicelulares, utiliza el ion bromuro en lugar del ion cloruro. Se ha identificado el 5-bromouracilo y la 3-bromotirosina en los glóbulos blancos humanos como productos de la halogenación inducida por la mieloperoxidasa en patógenos invasores. [13]
Además de los productos naturales bromados convencionales, de la biodegradación de los retardantes de llama se obtienen diversos compuestos organobromados. Entre los metabolitos se encuentran los bromuros de arilo metoxilados e hidroxilados, así como los derivados de dioxinas bromadas. Estos compuestos se consideran contaminantes orgánicos persistentes y se han encontrado en mamíferos.
Los compuestos de bromuro de alquilo suelen ser agentes alquilantes y los derivados aromáticos bromados se consideran disruptores hormonales. De los compuestos que se producen habitualmente, el dibromuro de etileno es el que más preocupa, ya que es muy tóxico y cancerígeno.
Debido a que el bromo se encuentra en el agua de mar, los animales marinos desarrollaron técnicas para convertirlo en otras formas; por ejemplo, los organobromuros (compuestos con carbono y bromo) son producidos por esponjas, corales, algas marinas e incluso algunos mamíferos.