Введение
Бромные соединения - это соединения, содержащие элемент бром (Br). Эти соединения обычно образуют окислительные состояния 1, +1, +3 и +5. Бром является промежуточным по реактивности между хлором и йодом и является одним из самых реактивных элементов. Энергии связи с бромом, как правило, ниже, чем с хлором, но выше, чем с йодом, а бром является более слабым окислительным агентом, чем хлор, но более сильным, чем йод. Это можно увидеть из стандартных электродных потенциалов пар X/X (F, +2,866 V; Cl, +1,395 V; Br, +1,087 V; I, +0,615 V; At, приблизительно +0,3 V). Бромирование часто приводит к более высоким окислительным состояниям, чем йодирование, но более низким или равным окислительным состояниям к хлорированию. Бром имеет тенденцию реагировать с соединениями, включая связи MM, MH или MC, чтобы сформировать связи MBr. В то же время, в твердом кристаллическом бромиде присутствует слабая водородная связь при низких температурах, аналогичная структуре фторида водорода, прежде чем начинает преобладать беспорядок при повышении температуры. В отличие от фтористого водорода, безводный жидкий бромистого водорода трудно использовать в качестве растворителя, потому что его точка кипения низкая, он имеет небольшой диапазон жидкости, его диэлектрическая постоянная низкая и он не дисоциируется заметно на ионы HBr и HBr2 последние, в любом случае, гораздо менее стабильны, чем ионы бифторида (HF2 ) из-за очень слабой связи водорода между водородом и бромом, хотя его соли с очень большими и слабо поляризующими катионами, такими как Cs и NR4 + (R = Me, Et, Bu), все еще могут быть изолированы. Безводный бромид водорода является плохим растворителем, способен растворять только небольшие молекулярные соединения, такие как нитрозилхлорид и фенол, или соли с очень низкой энергией решетки, такие как галиды тетраалкиламония. Бромирование металлов с Br имеет тенденцию давать более низкие окислительные состояния, чем хлорирование с Cl, когда доступно множество окислительных состояний. Бромиды могут быть получены реакцией элемента или его оксида, гидроксида или карбоната с гидробромовой кислотой, а затем обезвожены при умеренно высоких температурах в сочетании с низким давлением или безводным газообразным бромидным водородом. Эти методы работают лучше всего, когда продукт бромида устойчив к гидролизу; в противном случае возможности включают высокотемпературное окислительное бромирование элемента бромом или бромидом водорода, высокотемпературное бромирование оксида металла или другого галоида бромом, летучим металлическим бромидом, тетрабромидом углерода или органическим бромидом. Например, оксид ниобия (V) реагирует с тетрабромидом углерода при 370 °C, образуя бромид ниобия (V). Бледно-коричневый монофторид брома (BrF) нестабилен при комнатной температуре, быстро и необратимо диспропорционально превращается в бром, трифторид брома и пентафторид брома. Таким образом, его нельзя получить чистым. Он может быть синтезирован путем прямой реакции элементов или путем компропорционирования брома и трифторида брома при высоких температурах. Пентафторид брома (BrF) был впервые синтезирован в 1930 году. Он получается в больших количествах путем прямой реакции брома с избытком фтора при температуре выше 150 °C, а в малых количествах - фторированием бромида калия при 25 °C. Он также сильно реагирует с водой и является очень сильным фторирующим агентом, хотя трифторид хлора еще сильнее.
|+ style="margin bottom: 5px;" | Halogen bond energies (kJ/mol)
2 P + 6 HO + 3 Br → 6 HBr + 2 HPO
HPO + HO + Br → 2 HBr + HPO
At room temperature, hydrogen bromide is a colourless gas, like all the hydrogen halides apart from hydrogen fluoride, since hydrogen cannot form strong hydrogen bonds to the large and only mildly electronegative bromine atom; however, weak hydrogen bonding is present in solid crystalline hydrogen bromide at low temperatures, similar to the hydrogen fluoride structure, before disorder begins to prevail as the temperature is raised. Unlike hydrogen fluoride, anhydrous liquid hydrogen bromide is difficult to work with as a solvent, because its boiling point is low, it has a small liquid range, its dielectric constant is low and it does not dissociate appreciably into HBr and HBr2 ions – the latter, in any case, are much less stable than the bifluoride ions (HF2 ) due to the very weak hydrogen bonding between hydrogen and bromine, though its salts with very large and weakly polarising cations such as Cs and NR4+ (R = Me, Et, Bu) may still be isolated. Anhydrous hydrogen bromide is a poor solvent, only able to dissolve small molecular compounds such as nitrosyl chloride and phenol, or salts with very low lattice energies such as tetraalkylammonium halides. Bromination of metals with Br tends to yield lower oxidation states than chlorination with Cl when a variety of oxidation states is available. Bromides can be made by reaction of an element or its oxide, hydroxide, or carbonate with hydrobromic acid, and then dehydrated by mildly high temperatures combined with either low pressure or anhydrous hydrogen bromide gas. These methods work best when the bromide product is stable to hydrolysis; otherwise, the possibilities include high temperature oxidative bromination of the element with bromine or hydrogen bromide, high temperature bromination of a metal oxide or other halide by bromine, a volatile metal bromide, carbon tetrabromide, or an organic bromide. For example, niobium(V) oxide reacts with carbon tetrabromide at 370 °C to form niobium(V) bromide. The pale brown bromine monofluoride (BrF) is unstable at room temperature, disproportionating quickly and irreversibly into bromine, bromine trifluoride, and bromine pentafluoride. It thus cannot be obtained pure. It may be synthesised by the direct reaction of the elements, or by the comproportionation of bromine and bromine trifluoride at high temperatures. Bromine pentafluoride (BrF) was first synthesised in 1930. It is produced on a large scale by direct reaction of bromine with excess fluorine at temperatures higher than 150 °C, and on a small scale by the fluorination of potassium bromide at 25 °C. It also reacts violently with water and is a very strong fluorinating agent, although chlorine trifluoride is still stronger.
Полибромовые соединения
Хотя дибромин является сильным окислительным агентом с высокой энергией первой ионизации, очень сильные окислители, такие как пероксидисульфуриловый фторид (SOF), могут окислить его, образуя вишнево-красный катион Br2+. Известно несколько других катионов брома, а именно коричневый Br3+ и темно-коричневый Br5+. Также был охарактеризован трибромидный анион Br3; он аналогичен трийодиду.
Оксиды и оксокислоты брома
+ Стандартные потенциалы редукции для водных видов Br и могут быть получены из низкотемпературного разложения диоксида брома в вакууме. Он окисляет йод в пентоксид йода и бензол в 1,4 бензохинон; в щелочных растворах он дает анион гипобромита. Так называемый "диоксид брома", бледно-желтый кристаллический твердый элемент, может быть лучше сформулирован как пербромат брома, BrOBrO. Он термостабилен выше -40 °C, а при 0 °C сильно разлагается на элементы. Диброминовый триоксид, синхронно BrOBrO, также известен; это ангидрид гипобромовой кислоты и бромовой кислоты. Это оранжевое кристаллическое твердое вещество, которое разлагается при температуре выше -40 °C; если нагревать его слишком быстро, оно взрывается при температуре около 0 °C. Известны также несколько других нестабильных радикальных оксидов, а также некоторые плохо охарактеризованные оксиды, такие как пентоксид диброма, октоксид триброма и триоксид брома. { Br + HO HOBr + H + Br K = 7,2 × 10 mol l Br + 2 OH OBr + HO + Br K = 2 × 10 mol l Гипобромная кислота нестабильна до диспропорции. Гипобромитовые ионы, таким образом, образовываются непропорционально легко, чтобы дать бромид и бромат: более важными являются броматы, которые получаются в малом масштабе путем окисления бромида водным гипохлоритом и являются сильными окислителями. В отличие от хлоратов, которые очень медленно диспропорционально к хлориду и перхлорату, анион бромата стабилен к диспропорциональности как в кислотных, так и в водных растворах. Бромная кислота - сильная кислота. Бромиды и броматы могут быть соотношены с бромом следующим образом:
Hypobromous acid is unstable to disproportionation. The hypobromite ions thus formed disproportionate readily to give bromide and bromate: More important are the bromates, which are prepared on a small scale by oxidation of bromide by aqueous hypochlorite, and are strong oxidising agents. Unlike chlorates, which very slowly disproportionate to chloride and perchlorate, the bromate anion is stable to disproportionation in both acidic and aqueous solutions. Bromic acid is a strong acid. Bromides and bromates may comproportionate to bromine as follows:
Соединения органоброминовых соединений
Как и другие углерод-галогенные связи, связь CBr является общей функциональной группой, которая входит в состав основной органической химии. Формально соединения с этой функциональной группой можно считать органическими производными бромидного аниона. Из-за разницы электроотрицательности между бромом (2,96) и углеродом (2,55) атом углерода в связи CBr имеет дефицит электронов и, следовательно, является электрофильным. Реактивность органоброминовых соединений похожа, но находится на промежуточном уровне между реактивностью органохлориновых и органойодиновых соединений. Для многих применений органобромиды представляют собой компромисс между реактивностью и стоимостью. Органобромиды являются наиболее распространенными органогалидами в природе, хотя концентрация бромида составляет только 0,3% от концентрации хлорида в морской воде, из-за легкого окисления бромида до эквивалента Br, мощного электрофила. Энзим бромопероксидаза катализирует эту реакцию. Около 1,2 миллиона тонн бромоформа и 56 000 тонн брометана выделяются из океанов ежегодно. Старое качественное испытание на наличие алкеновой функциональной группы заключается в том, что алкены превращают коричневые водные растворы брома в бесцветные, образуя бромогидрин с некоторыми из полученных дибромоалканов. Реакция проходит через короткоживущий сильно электрофильный промежуточный продукт бромония. Это пример реакции аддиции галогена.