4-t-Butyl-1,2.dimethyl

Praktikum der Organischen Chemie I
Roman Birrer
WS 05/06
Synthese von 4-tert-Butyl-1,2Dimethylbenzol
5. Dezember 2005
Praktikum der Organischen Chemie I
WS 05/06
1. Methode
Friedel-Crafts-Alkylierung mittels AlCl3 (Katalysator) und tert-Butylchlorid an o-Xylol.
2. Reaktionsgleichung
AlCl3
+
Cl
3. Mechanismus
Cl
+
AlCl3
+
AlCl4-
+
+
+
H
H
+
+
AlCl4-
AlCl3
+
H
2
HCl
Praktikum der Organischen Chemie I
WS 05/06
4. Physikalische Daten
Substanz
Molekularformel
Molare Masse
[g/mol]
Dichte [g/cm3]
Schmelzpunk [C°]
Siedepunkt [C°]
Brechungsindex
Wassergiftklasse
Giftklasse CH
R- Sätze
S- Sätze
Bedeutung
o-Xylol
C6H4(CH3)2
106.17
tert-Butylchlorid
C4H9Cl
92.57
Aluminiumchlorid
AlCl3
133.34
0.88
-25
144.4
0.84
-28
51
1.385
1
4
11
9-16-29
1.31
262
Substanz
4-tert-Butyl-1,2Dimethylbenzol
(CH3)3CC6H3(CH3)2
162.27
Magnesiumsulfat
MgSO4
120.37
Natriumhydrogencarbonat
NaHCO3
84.01
0.871
200-209
1.498
siehe Anhang
2.66
1
22-24/25
2.22
270
50
22-24/25
Substanz
Natriumchlorid
Molekularformel
Molare Masse
[g/mol]
Dichte [g/cm3]
Schmelzpunk [C°]
Siedepunkt [C°]
Brechungsindex
Wassergiftklasse
Giftklasse CH
R- Sätze
S- Sätze
Bedeutung
NaCl
58.44
MTBE, Methyl-tertButylether
C5H12O
88.15
Molekularformel
Molare Masse
[g/mol]
Dichte [g/cm3]
Schmelzpunk [C°]
Siedepunkt [C°]
Brechungsindex
Wassergiftklasse
Giftklasse CH
R- Sätze
S- Sätze
Bedeutung
2
10-20/21-38
25
siehe Anhang
2.17
801
1461
1
siehe Anhang
0.74
-108.6
55.3
1
11-38
9-16-24
3
1
34
7/8-28.1-45
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WS 05/06
5. Apparatur
6. Ansatz
Substanz
Anzahl
Mole
[mmol]
64.8
Äquiv.
Menge
Bemerkungen
t-Butylchlorid
Molgewicht
[g/mol]
92.57
1
6.0 g;
7.06 ml
Substanz wurde aus tertButanol synthetisiert
o-Xylol
106.17
64.8
1
AlCl3
133.34
1.62
0.025
6.8 g;
7.83 ml
0.22 g
7. Experimentelle Durchführung
4
Praktikum der Organischen Chemie I
WS 05/06
Reaktion:
In einem Zweihalsrundkolben wurden tert-Butylchlorid (7.06 ml, 64.8 mmol) und
o-Xylol (7.83 ml, 64.8 mmol) vermischt. Unter heftigem Rühren wurde vorsichtig
AlCl3 (0.22 g, 1.62 mmol) zugegeben. Entstehendes HCl-Gas zeigte den Reaktionsstart
an. Das Gas wurde zur Neutralisation über einen Schlauch in eine Waschfalsche mit
1M NaOH-Lösung geleitet. Nach 90 min wurde die Lösung durch ein Ölbad auf 180 °C
erhitzt. Schon ab 40 °C konnte erneute Gasbildung beobachtet werden. Nach einer Stunde
betrug die Badtemperatur 180 °C, bei der nun 25 min refluxiert wurde. Obwohl nach
25 min immer noch wenig HCl-Gas entstand, die Reaktion also noch nicht vollständig
abgelaufen war, wurde die Lösung gekühlt. Die anfangs klare Reaktionslösung verfärbte
sich im Verlaufe der Reaktion von rot nach dunkelbraun(-schwarz).
Isolierung und Reinigung:
Die gekühlte organische Lösung wurde mit MTBE (200 ml) verdünnt, mit ges. wässr.
NaHCO3-Lösung und ges. wässr. NaCl-Lösung gewaschen und über MgSO4 getrocknet.
Am Rotationsverdampfer wurde die Lösung eingeengt. Mittels Vakuumdestillation sollte
die Lösung von möglichen Verunreinigungen getrennt werden. Aufgrund von
Siedeverzügen war es nicht möglich, reines Produkt zu erhalten. Deshalb wurde das
Rohprodukt charakterisiert.
8. Ausbeute
NMR-Analysen ergaben, dass das Rohprodukt (6.76 g) aus einem Gemisch aus 3%
Startmaterial und 97% Produkt besteht.
Ausbeute: 6.56 g (62%)
9. Charakterisierung
a) Brechungsindex
Der Brechungsindex der verunreinigten Lösung beträgt 1.520. Der Literaturwert des
Produktes liegt bei 1.498.
b) IR-Spektrum
Banden [cm-1]
>3000
2962, 2866, 1451, 1362
1680-1620
Interpretation
Aromatische C(sp2)-H-Streckschwingung
Aliphatische C(sp3)-H
C=C
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c) NMR-Spektrum
1
H-NMR (300 MHz, CDCl3): 1.39 (s, 9 H, tBu), 2.31 (s, 3 H, MePh) , 2.35 (s, 3 H,
MePh) , 7.14-7.25 (m, 3 H, arom.).
Die 1H-NMR-Spektren wurden mit einem Bruker ARX 300 (300 MHz) in CDCl3
aufgenommen. Die chemischen Verschiebungen δ sind in ppm relativ zu SiMe4
angegeben, die Kopplungskonstanten J in Hz. Als Abkürzungen für die
Signalaufspaltung wurden die üblichen Bezeichnungen gewählt (s Singulett, d Duplett, t
Triplett, q Quartett, m Multiplett, br. breit)
10. Bemerkungen und Diskussion
Ein Grund weshalb, das Produkt bei einer Ölbadtemperatur von 160°C und einem 20
mbar Vakuum, bei der die ganze Lösung siedete, nicht kondensierte, liegen vielleicht in
bei der Wahl eines zu grossen Kolbens. Die Destillation hätte möglicherweise mit einer
Vigreux-Kolonne besser funktioniert.
Die NMR-Daten, die eine Verunreinigung des Produktes von 3% mit Startmaterial
zeigen, bestätigen, dass die Reaktion vorzeitig abgebrochen wurde. Mehr als nur 0.025
Äquiv. AlCl3 hätten zu einem schnelleren Reaktionsfortschritt geführt.
Literatur
[1] www.fluka.com
[2] http://ch.chemdat.info/
[3] Keese Reinhardt, Grundoperationen der präparativen organischen Chemie, 2003,
Druckerei Glauser AG, Bern
[4] http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/cgi-bin/direct_frame_top.cgi?lang=eng (IRSpektren)
Anhang
vgl. Anhang „Synthese von 3-Menthen aus (-)-Menthol“ für die Bedeutung der R- und SSätze.
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