Präparat 5 Reaktivität von org. Halogenverbindungen mit Silbernitrat PDF

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Summary

Es handelt sich hierbei um eine Sammlung der Protokolle des Organisches Chemischen Praktikums 1 (OC1-Praktikum) der LMU des Wintersemester 2016/17. Die Präparate, welche die Studenten in diesem Praktikum herstellen müssen, bleiben in der Regel gleich. Diese Sammlung soll den Studenten, welche sich a...

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Präparat 5: Reaktivität von organischen Halogenverbindungen mit Silbernitrat I. Reaktionsgleichungen

Abb. 1: Reaktionsmechanismen von organischen Halogenverbindungen mit ethanolischer Silbernitratlösung.

II. Reaktionsmechanismen 1. Mechanismus Acetylchlorid

Abb. 2: Mechanismus Acetylchlorid.

Da das Silber-Ion als Lewis-Säure wirkt, erleichtert es die Abspaltung des Chlorid-Ions . Es entsteht ein Acylium-Ion, das durch Ethanol am positiv geladenen Kohlenstoffatom leicht angegriffen werden kann. Nach Abspaltung eines Protons entsteht Essigsäureethylester. Es handelt sich um einen SN1-Mechanismus (siehe Abb.2).

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2. Mechanismus t-Butylchlorid

Abb. 3: Mechanismus t-Butylchlorid.

Das Silber-Ion fungiert als Lewis-Säure und erleichtert die Abspaltung des Chloridions. Es entsteht ein tertiäres Carbokation. Anschließend greift Ethanol in einem nukleophilen Angriff das Carbokation an. Durch Abspaltung des Protons entsteht ein ungeladener Ether. Es handelt sich um einen SN1-Mechanismus (siehe Abb.3). 3. Mechanismus n-Butylchlorid

Abb. 4: Mechanismus n-Butylchlorid.

Ethanol kann das Kohlenstoffatom sehr gut nukleophil angreifen, da die C-Cl-Bindung aufgrund der Wirkung des Silber-Ions als Lewis-Säure gelockert und polarisiert wird. Es kommt zu einem Übergangszustand, bei dem sich Silberchlorid abspaltet. Nach Abgabe des Protons am Sauerstoffatom entsteht ein Ether. Es handelt sich um einen S N2Mechanismus (siehe Abb.4).

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4. Mechanismus 4-Methylbenzylchlorid 4.1 Mechanismus Variante 1

Abb.5: Mechanismus Variante 1 von 4-Methylbenzylchlorid.

Über einen SN1-Mechanismus entsteht ein Ether. Im ersten Schritt spaltet sich das Chloridion (gute Abgangsgruppe) leicht ab, da die C-Cl Bindung durch das Silber-Ion (Lewis-Säure) gelockert ist. Es entsteht ein Carbokation, das vom Ethanol angegriffen wird. Das Sauerstoffatom spaltet das Proton ab und der Ether wird gebildet (siehe Abb.5). 4.2 Mechanismus Variante 2

Abb. 6: Mechanismus Variante 2 Methylbenzylchlorid.

Über einen nukleophilen Angriff des Enthanols entsteht ein Übergangszustand. Es spaltet sich Silberchlorid und ein Proton ab. Es handelt sich hierbei um einen S N2 Mechanismus, aus dem als Produkt, ein Ether, hervorgeht (siehe Abb.6). 5. Mechanismus Chlorbenzol Eine Reaktion mit Chlorbenzol erfolgt nicht. Zum einen kann ein S N2-Mechanismus (Rückseitenangriff) aufgrund von sterischer Hinderung nicht erfolgen. Zum anderen kann eine nucleophile Substitution nach einem S N1-Mechanismus nicht stattfinden, weil das theoretisch entstehende Phenylkation keine Stabilisierung aufweist. Der Grund hierfür ist, dass das leere sp 2-Orbital, das senkrecht zum konjugierten πSystem ausgerichtet ist, aufgrund seiner positiven Ladung ( ≙ Elektronenlücke) nicht stabil Seite 3

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ist. Die Ladung ist auf eine Weise lokalisiert, dass sie durch Mesomerie keine Stabilisierung erfahren kann (siehe Abb.7).

Abb. 7: Instabiltität eines theoretischen Phenylkations.

III. Durchführung In Reagenzgläsern werden jeweils Acetylchlorid (0.05 mL, 0.70 mmol), t-Butylchlorid (0.05 mL, 0.52 mmol), n-Butylchlorid (0.05 mL, 0.49 mmol), 4-Methylbenzylchlorid (0.05 mL, 0.39 mmol) und Chlorbenzol (0.05 mL, 0.50 mmol) mit ethanolischer SilbernitratLösung (2 mL, 2%ig) versetzt. Bei Acetylchlorid, t-Butylchlorid und Benzylchlorid wurde eine sofortige Reaktion (weißer Niederschlag) beobachtet. Bei n-Butylchlorid wurde erst nach Erhitzen die augenblickliche Bildung eines weißen Niederschlags bemerkt. Chlorbenzol zeigte keine Reaktion. IV. Diskussion der Beobachtungen Wie bereits oben erläutert (siehe II. Reaktionsmechanismen), verlaufen die Reaktionen nach einem S N1 - oder SN2-Mechanismus, wobei Reaktionen nach dem S N1-Mechanismus meist schneller ablaufen. Die Art des Mechanismus hängt unter anderem vom Nucleophil, der Abgangsgruppe sowie der Stabilität des möglichen Carbokations ab. Da es sich bei der Abgangsgruppe in den fünf Ansätzen jeweils um ein Chlorid-Ion handelt und jeweils Ethanol als Nucleophil fungiert, wird insbesondere die Stabilität des Carbokations untersucht, die durch Hyperkonjugation, Mesomeriestabilisierung und positive induktive Effekte gewährleistet wird. Acetylchlorid und t-Butylchlorid reagierten rasch nach einem S N1-Mechanismus, da die Stabilisierung des Carbeniumions gewährleistet ist (siehe Abb.2 und Abb.3) Die Reaktion von t-Butylchlorid verläuft nach einem S N1-Mechanismus, da das intermediär gebildete Carbeniumion aufgrund des dreifachen positiven induktiven Effekts stabilisiert ist Zudem kann es aufgrund sterischer Hinderung zu keinem Rückseitenangriff (S N2) kommen (siehe Abb.3). Beim Acetylchlorid wird aufgrund von Mesomeriestabilisierung ein SN1-Mechanismus präferiert (siehe Abb.2) Die C-Cl-Bindung kann leicht gespalten werden. Das n-Butylchlorid, welches erst nach Erhitzen reagierte, erfolgt aufgrund fehlender Stabilisierung des Carbeniumions über einen S N2-Mechanismus (siehe Abb.4). Die C-ClBindung kann erschwert heterolytisch gespalten werden

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Bei 4-Methylbenzylchlorid wäre sowohl eine Reaktion nach einem S N1- sowie S N2Mechanismus denkbar (siehe Abb.5 und Abb.6). Aufgrund des Raschen Entstehens des weißen Niederschlages sowie der Stabilisierung des Carbeniumions durch Mesomerie (siehe Abb.5) wird angenommen, dass die Tendenz für eine Reaktion nach einem S N1Mechanismus höher ist. Die Die C-Cl-Bindung kann recht leicht gespalten werden. V. Gefahren und Sicherheit Acetylchlorid:

H225-H314 EUH014 P210-P280-P305+P351+P338-P310

t-Butylchlorid:

H225 P210

n-Butylchlorid:

H225 P210

4-Methylbenzylchlorid:

H302-H314 P280-P305+P351+P338-P310

Chlorbenzol:

H226-H332-H411 P273

Silbernitrat:

H272-H314-H410 P220-P273-P280-P305+P351+P338-P310-P501

Ethanol:

H225 P210

VI. Entsorgung Alle Lösemittelabfälle wurden im Lösemittelkanister entsorgt.

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