tert-Butylchlorid

Praktikum Organische Chemie I
529-0229-00L
(für Biol./Pharm.Wiss)
Wintersemester 05/06
Zürich, 03.12.2005
Sylke Höhnel
04-921-664
3. Semester
Assistent: Pascal Bindschädler
Synthese von
tert-Butylchlorid
(2-Chloro-2-methylpropan)
-1-
1
Methode
Die Synthese von tert-Butylchlorid aus tert-Butanol (2-Methylpropan-2-ol) durch HCl erfolgt
via unimolekularer nukleophiler Substitution (SN1) über einen stabilen Carbokationzustand.
2
Reaktionsgleichung
HO
H3C
3
H3C
H3C
4
CH3
HCl
CH3
Cl
CH3
H3C
CH3
Mechanismus
H
+
OH
H
H3C
H3C
CH3
O
H3C
+
Cl
+
H
H2O
CH3
C
-
Cl
CH3
CH3
H3C
H3C
CH3
Physikalische Daten der Substanzen
M = 74,12 g/ mol
ρ = 0,78 g/ cm³
tert-Butanol
nD = 1,3838
Smp 25,3 °C
Sdp 82° - 83 °C
WGK 1 (schwach wassergefährdend)
CH-Giftklasse 4 (nicht unbedenklicher Stoff)
MAK Wert: 20 ppm
H3C
H3C
OH
R-Sätze
R11
Leicht entzündlich
R20
Gesundheitsschädlich beim Einatmen
CH3
S-Sätze
S2
Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen
S9
Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren
S16
Von Zündquellen fern halten – Nicht rauchen
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Konzentrierte
Chlorwasserstoffsäure
M = 32,04 g/ mol
ρ = 1,06 g/ cm³
Smp - 40 °C
Sdp 84 °C
WGK 1 (schwach wassergefährdend)
CH-Giftklasse 3 (giftige Stoffe)
MAK Wert: 5 ppm
R-Sätze
R34
Verursacht Verätzungen
R37
Reizt die Atmungsorgane
HCl (konz.)
S-Sätze
S2
Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen
S26
Bei Berührungen mit den Augen sofort mit Wasser
abspülen und Arzt oder Ärztin konsultieren
Natriumhydrogencarbonat
Smp 270 °C
WGK 1 (schwach wassergefährdend)
CH-Giftklasse 5 (Stoffe geringer Gefährlichkeit)
O
HO
M = 84,01 g/ mol
ρ = 2,22 g/ cm³
O
-
+
Na
S-Sätze
S24/25
Berührung mit den Augen und der Haut
Vermeiden
M = 58,44 g/ mol
ρ = 2,22 g/ cm³
Natriumchlorid
Smp 801 °C
Sdp 1465 °C
WGK 0 (nicht wassergefährdend)
CH-Giftklasse Frei
NaCl
S-Sätze
S24/25
Berührung mit den Augen und der Haut
Vermeiden
Magnesiumsulfat
O
O
M = 120,37 g/ mol
ρ = 2,7 g/ cm³
Smp 1124 °C
WGK 1 (schwach wassergefährdend)
CH-Giftklasse Frei
2+
Mg
S
O
O
S-Sätze
S24/25
Berührung mit den Augen und der Haut
Vermeiden
-3-
M = 92,57 g/ mol
ρ = 0,84 g/ cm³
tert-Butylchlorid
nD = 1,3848
Smp -28 °C
Sdp 51°C
WGK 1 (schwach wassergefährdend)
CH-Giftklasse 4 (nicht unbedenklicher Stoff)
R-Sätze
R11
Leicht entzündlich
Cl
CH3
H3C
5
S-Sätze
S9
S16
S29
S33
CH3
Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren
Von Zündquellen fern halten – Nicht rauchen
Nicht in die Kanalisation gelangen lassen
Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung
treffen
Apparaturen
Scheidetrichter
———— Stopfen
———— Scheidetrichter
———— Organische Phase
———— Wässrige Phase
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Destillationsapparatur
————— Kontaktthermometer (TBAD)
——— Thermometer (TDAMPF)
———— Claisenaufsatz
—— Vigreuxkolonne
Vakuumvorstoß ——
~~~~
Rührfisch —————
~~~
Schweinchen ——
Mit 4 Birnenkolben
—— Ölbad
5
4
6
2
1
5
7
3
10
1
4
8
3
9
2
——— Magnetrührer
6
7
8
9
1
10
Eisbad ———
Filterapparatur
———— Vakuumanschluss
————————— Nutsche
———————— Vakuumaufsatz
————————— Erlenmeyer Kolben
-5-
6
Ansatz
Substanz
tert-Butanol
konz. Salzsäure
7
Eingesetzte Menge
[g]
14,84
58,4
Anzahl Mole
[mol]
0,2
~ 0,6
Volumen
[mL]
~ 50 ml
Experimentelle Durchführung
In einem 500mL-Scheidetrichter wurden 14,84g (0,2 mol; 1 eq) tert-Butanol vorsichtig 50mL
(0,6 mol; 3 eq) konz. Salzsäure zugetropft. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch
während 5 min geschüttelt. Es bildeten sich zwei Phasen. Die untere saure (wässrige) Phase
wurde von der oberen organischen Phase (Dichte von tert-Butylchlorid ist geringer als die
von Wasser) getrennt und im Abfallkanister entsorgt.
Die organische Phase wurde zuerst mit gesättigter wässriger NaHCO3- Lösung gewaschen
und neutralisiert. Der Scheidetrichter wurde abwechselnd geschüttelt und gelüftet, sodass
das sich entwickelnde CO2 entweichen konnte.
Danach wurde ein zweites Mal mit gesättigter wässriger NaCl-Lösung gewaschen, über
MgSO4 getrocknet und mithilfe einer Nutsche über Vakuum filtriert.
Die isolierte Flüssigkeit wurde destilliert und 4 Fraktion gesammelt, die rund um T = 48 °C
siedeten. Diese wurden im Eisbad gekühlt, um mögliche Verdampfungen im Schweinchen
und der Destillationsapparatur zu vermeiden.
Von den erhaltenen Fraktionen wurde ein IR Spektrum aufgenommen, welches zeigte, dass
es sich bei allen 4 Substanzen um die gleiche Flüssigkeit handelte. Die 4 Fraktionen wurden
zu einer zusammengeführt.
Der Brechungsindex wurde gemessen.
8
Ausbeute
Eingesetzte Masse von tert-Butanol:
14,84 g
Erhaltene Masse der gewaschenen organischen Phase: 10,27 g
Ausbeute der Reaktion:
69,20 %
Masse der erhaltenen Fraktion nach Aufarbeitung:
Masse Rückstand:
9,32 g
0,51 g
Masse Verlust durch Aufarbeitung:
Masse Verlust gesamt:
0,44 g
5,01 g
Ausbeute der Aufarbeitung:
90,75 %
Ausbeute gesamt:
62,80 %
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9
Charakterisierung
Brechungsindex
Bei der erhaltenen Fraktion wurde ein Brechungsindex von nD = 1,385 gemessen. Der
Literaturwert für tert-Butylchlorid liegt bei nD = 1,3844.
Infrarot-Spektrum
Banden [cm-1]
Interpretation
2975 - 2985
810
C-H Streckschwingung
C-Cl Streckschwingung
Referenz-Infrarot-Spektren
tert-Butylchlorid
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Referenz-Infrarot-Spektren
tert-Butanol
10
Bemerkungen und Diskussion
Anhand von Vergleichen des gemessenen Brechungsindex mit Literaturwerten und der
aufgenommenen IR-Spektren mit Referenzspektren, konnte die isolierte Flüssigkeit eindeutig
als tert-Butylchlorid identifiziert werden. Die Fraktion wurde unter Luftabschluss im
Kühlschrank aufbewahrt, um sie für Synthese 3 weiterzuverwenden.
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(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Literatur
Reinhart Keese, Grundoperationen der präparativen organischen Chemie,
6. überarbeitete Auflage, Druckerei Glauser AG
Formeln und Tabellen, 10. Auflage, Paetec
http://www.fluka.ch
http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/cgi-bin/direct_frame_top.cgi?lang=eng
http://www.gifte.de/Chemikalien/index.htm
http://www.gefahrstoffdaten.de
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