Synthese von 1

Gruppe 6
Datum 30.08.07
Versuch Nr. 3
Synthese von 1-Brompropan
1. Formel
C3H8O
_HBr_____ C3H7Br + H2O
H2SO4
H
+
+ H2SO 4
H3C
OH
-H
-
H3C
+
-SO 4
-Br
O
+
H
-
H
-
Br H
H3C
CH
H
+
H3C
H2O
Br
O
H
H
2. Edukte
Edukt
Strukturformel
Smp./Sdp.
Menge
Propanol
C3H80
24°C/97°C
30g/37,5ml
konz.
Schwefelsäure
H2SO4
10°C/290°C
24,5g/13,3ml
-11°C/126°C
60,75g/85ml
Bromwasserstoff
HBr
H-Br
3. Durchführung
Unter Kühlung werden 37,5ml Propanol und 13,3ml konzentrierte Schwefelsäure in
einem Dreihalskolben miteinander vermischt.
Anschließend werden 85ml Bromwasserstoff mittels eines Tropftrichters
hinzugegeben.
Diese Mischung wird nun zum Sieden erhitzt, mindestens jedoch auf 71°C, dem
Siedepunkt vom zu extrahierenden 1-Brompropan.
Siedet das Gemisch wird das entstandene Propylbromid direkt über eine
Destillationsbrücke mit Kühler abdestilliert.
Nach diesem ersten Schritt, wird das Destillat mit 1/5 der Menge konzentrierter
Schwefelsäure im Scheidetrichter vorsichtig geschwenkt, um die Gefahr der
Emulsionsbildung möglichst gering zu halten.
Das Rohprodukt wird anschließend mit Wasser gewaschen, die organische Phase
mit wässriger Natriumhydrogencarbonat-Lösung entsäuert und wiederum mit Wasser
gewaschen.
Anschließend wird das Produkt über Calciumchlorid getrocknet und nach erfolgter
Filtration durch Destillation über eine 20cm Vigreux-Kolonne gereinigt.
Apparaturaufbau:
Destillierkolben
Wasserkühlung
4. Beobachtung
Der Siedevorgang des Reaktionsgemisches begann bei 62°C.
Da es bis einschließlich 73°C keinen Temperaturabfall gab, wurde dieses erste
Destillat ohne Temperaturabfall hier beendet und ein zweites Destillat angesetzt.
Dieser zweite Stoff siedete bei 55°C und erst durch zusätzliche Isolierung mittels
Alufolie konnte die Temperatur weiter gesteigert werden.
Bei 74°C gab es einen Temperaturabfall von 5°C auf 69°C, ein Kennzeichen dafür,
dass dieser Stoff vollständig abdestilliert war und nun ein weiterer höher siedender
Stoff im Reaktionsgemisch anfängt zu sieden.
Beide Destillate wurden anschließend, wie in der Durchführung beschrieben, weiter
behandelt, und die jeweils entstandene organische Phase von der wässrigen
getrennt und gewaschen, sodass am Ende aus beiden Destillaten insgesamt 14,8ml
Produkt aus dem Versuch resultierten.
Dieses Produkt wurde weiter unter dem Refraktometer untersucht um über die
gemessene Dichte zu bestätigen, dass es sich bei dem Produkt um 1-Brompropan
handelt.
5. Ergebnis/Produkt
Produktname: 1-Brompropan
Menge: 14,8ml
Brechungsindex n: 1,435 gemessen (1,434 Literaturwert)
Siedepunkt (bei Normaldruck): ca. 71°C
Gefahrenbezeichnung: F, Xn
R-/S-Sätze: R10-20, S9-24
Strukturformel:
6. Reaktionsmechanismus
Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine bimolekulare nukleophile Substitution
(kurz: SN2) am gesättigten C-Atom.
Bei einer SN Reaktion werden, wie der Name sagt, zwei Nukleophile gegeneinander
ausgetauscht, charakteristisch für die SN2 Reaktion ist, dass sie nach einem
Einschrittmechanismus funktioniert, d.h. der Angriff des Nukleophils und der Austritt
der Abgangsgruppe erfolgen konzertiert.
Bei diesem Mechanismus müssen sich ein Anion und ein Molekül der
Ausgangsverbindung begegnen, damit die Reaktion stattfinden kann, die
Geschwindigkeit der Reaktion ist deshalb den Konzentrationen beider Edukte direkt
proportional, es handelt sich also um eine Reaktion 2. Ordnung, auch als
bimolekulare nukleophile Substitution oder SN2 Reaktion bezeichnet.
Die nukleophile Substitution SN2 wird v.a. dann verwirklicht, wenn die nukleofuge
Gruppe an einem primär oder sekundär substituierten C-Atom sitzt.
Die Reaktion setzt sich formal aus zwei Schritten zusammen: 1. Addition des
Nukleophils und 2. Eliminierung der Abgangsgruppe.
Der Angriff des Nukleophils vollzieht sich als Rückseitenangriff, wobei das Nukleophil
und die Abgangsgruppe linear zueinander angeordnet sind.
Da OH- eine sehr schlechte nukleofuge Gruppe ist, kann eine nukleophile
Substitution nur dann gelingen, wenn sie in saurer Lösung durchgeführt wird, die OHGruppe wird dabei protoniert und in die bessere nukleofuge Gruppe –OH2+ überführt.
Im Zustand der höchsten Energie, d.h. im Übergangszustand, ist die Bindung zum
Nukleophil noch nicht voll ausgebildet, während die zur Abgangsgruppe noch nicht
vollständig gelöst ist.
Die partiellen Bindungen zum Nukleophil und zur nukleofugen Gruppe liegen dabei
auf einer Linie, die senkrecht auf der durch die übrigen drei Substituenten gebildeten
Ebene steht.
Die Form des Übergangszustands - eine trigonale Bipyramide – entspricht der
günstigsten Anordnung mit möglichst großem Abstand zwischen den fünf
Substituenten.
Beim vollständigen Ablösen der Abgangsgruppe klappen die im Übergangszustand
planar liegenden Bindungen vom Nukleophil weg.
Dies ist charakteristisch für die SN2 Reaktion, sie vollzieht sich dadurch meist unter
Inversion, wodurch sich die Konfiguration am Reaktionszentrum umdrehen kann, was
allerdings nur zu beobachten ist, wenn das betroffene C-Atom chiral und die
substituierten Liganden in der CIP-Nomenklatur gleich rangiert sind.
Die Konfiguration muss in jedem Fall nach einer SN2 Reaktion überprüft werden,
sofern es sich um ein chirales C-Atom handelte.
Im Falle von 1-Propanol bzw. 1-Brompropan handelt es sich bei dem
Reaktionszentrum nicht um ein chirales C-Atom.
7. Diskussion
Das in diesem Versuch entstandene Gemisch fing unerwartet schon bei 62°C an zu
sieden, dies könnte auf zu schnelles Aufheizen des Ölbades zurückzuführen sein.
Da der gemessene Brechungsindex von 1,435 sehr nah am Literaturwert für 1Brompropan von 1,434 liegt, wird das Produkt mit ziemlicher Sicherheit 1Brompropan sein.
Eine Erklärung für das „verfrühte“ Sieden des Reaktionsgemisches könnte das
falsche Anzeigen der Temperatur auf dem Thermometer sein, entstanden durch das
zu schnelle Aufheizen des Ölbades.
Da schlussendlich nur 14,8ml Produkt übrig blieben, war eine weitere Destillation
nicht lohnenswert und wurde darum ausgelassen.