Synthese von Essigsäureisopropylester (1) Präparat 1

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1 Synthese von Essigsäureisopropylester (1) Präparat 1 1. Reaktionstyp: Azeotrope Veresterung 2. Reaktionsgleichung: Essigsäure Isopropanol Essigsäureisopropylester Wasser 60,05 g/mol 60,1 g/mol 102,13 g/mol 18 g/mol R-und S-Sätze der im Versuch verwendeten und entstehenden hemikalien: 1. Essigsäure (ätzend) R S Propanol F (leichtentzündlich), Xi (reizend) R S / Essigsäureisopropylester F (leichtentzündlich), Xi (reizend) R S hloroform Xn (gesundheitsschädlich) R 20/ , S 36/37

2 3. Durchführung der Reaktion: 3.1. Berechnung des Ansatzes: Unter der Vorgabe, 10 g des Esters herzustellen, und unter Berücksichtigung der im rganikum angegebenen Ausbeute von 70% müssen die folgenden Stoffmengen und -massen in der Reaktion eingesetzt werden: 0,14 mol Ester 14,3 g 0,14 mol Ethansäure 8,4 g 0,25 mol Isopropanol 14,7 g Vom sauren Ionenaustauscher wurden 2 g vorbereitet; vom hloroform sollen 100 ml auf ein mol der verwendeten Säure kommen. ier wurden 50 ml, also ungefähr die dreifache Menge eingesetzt Durchführung: In einem 100-ml-Rundkolben, mit einem Wasserabscheider für Lösungsmittel mit einer größeren Dichte als Wasser versehen, wurden 8,5 g (0,14 mol) Essigsäure (90%), 14,8 g (0,25 mol) Isopropanol und 50 ml hloroform vorgelegt. Als Katalysator wurden 2g eines vorher frisch mit Wasserstoffionen befüllten Ionenaustauschers verwendet. In den Wasserabscheider wurden ca. 70 ml hloroform gefüllt. Anschließend wurde 38 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Nach Beendigung der Reaktion wurde vom Ionenaustauscher abfiltriert, und der Rückstand unter Normaldruck fraktioniert destilliert. Der Essigsäureisopropylester wurde bei einer Siedetemperatur von ca. 87 aufgefangen. Diese fraktionierte Destillation ist ein zweites Mal durchgeführt worden, weil sowohl der Brechungsindex als auch der Siedepunkt der vermeintlich reinen Esterfraktion nicht mit dem Literaturwert übereinstimmten. Ausbeute: 14,3 g = 100% 5,2 g = 37% (Literatur. 70%(1))

3 4. Physikalische Daten des Produktes: Essigsäureisopropylester Kp. in Literaturwert: exp. erm. Wert: 88 (1) 89 n D 20 Literaturwert: exp. erm. Wert: 1,3775 (1) 1, Spektrenauswertung: Auch durch zweimalige Destillation des Reaktionsgemisches konnte der im Überschuß eingesetzte Alkohol nicht vollständig aus der Esterfraktion entfernt werden, so daß das IR-Spektrum des Essigsäureisopropylesters bei 3500 cm -1 die für - Gruppen charakteristische Bande zeigt. Diese ist aber sehr wenig ausgeprägt, so daß die Verunreinigung der Probe als gering einzustufen ist. Im Folgenden werden die wichtigsten Banden des vorliegenden Spektrums genannt: Nr. Wellenzahl in cm -1 Zuordnung Schwingungsart = berschwingung der arbonylgruppe Gruppen --Valenzschwingung Gruppe --Valenzschwingung =-Doppelbindung =-Valenzschwingung Gruppen --Deformationsschwingungen Gruppen --Deformationsschwingungen Valenzschwingung 6. Mechanismus: Bei der säurekatalysierten Veresterung reagieren eine arbonsäure und ein Alkohol durch die katalytische Wirkung einer Mineralsäure zu einem Ester, wobei Wasser freigesetzt wird. Der Zusatz einer starken Säure ist vonnöten, da diese die arbonylaktivität der arbonsäure erhöht und dadurch die Reaktion ermöglicht. Im durchgeführten Experiment wurde statt einer Säure, z.b. Schwefelsäure, ein saurer Ionenaustauscher benutzt.

4 Bei der Veresterung wird das Gleichgewicht schnell erreicht und durch unterschiedliche Maßnahmen muß es auf die Seite der Produkte verschoben werden. Im vorliegenden Versuch wurde der Alkohol im doppelten Überschuß eingesetzt und durch azeotrope Destillation das im Versuch entstehende Wasser konstant dem Gleichgewicht entzogen. Der Mechanismus der ablaufenden Reaktion lautet wie folgt: Im ersten Schritt wird die arboxygruppe der Essigsäure protoniert, es entsteht ein delokalisiertes Dihydroxycarbenium-Ion: Dadurch ist ein nucleophiler Angriff des Isopropanols auf das arbonyl- Kohlenstoffatom ermöglicht. Durch Abspaltung eines Protons aus diesem ersten Addukt bildet sich im zweiten Schritt der Reaktion ein tetraedrisches Zwischenprodukt: i-pr Dieses Zwischenprodukt kann nun säurekatalysiert sowohl in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung zerfallen, je nachdem, wo die Protonierung erfolgt. Wird das Sauer-

5 stoffatom des Alkohols protoniert, erfolgt Abspaltung des eingesetzten Alkohols unter Umkehrung der Reaktionsschritte 1 und 2. Wird allerdings eine der beiden ydroxy- Gruppen protoniert, erfolgt Wasserabspaltung unter Bildung des Esterproduktes (hier: Essigsäureisopropylester) im dritten Schritt der Reaktion: 3 i-pr i-pr i-pr 2 Über diesen Mechanismus läßt sich sowohl die Notwendigkeit der Säurekatalyse erklären, als auch die Tatsache, daß das Sauerstoffatom des Alkohols in der entstehenden Esterverbindung verbaut wird. 7. Abfallentsorgung: Der durch Filtration abgetrennte Ionenaustauscher wurde in den Abfallbehälter anorganische Feststoffe gegeben. Der abdestillierte Schlepper hloroform wurde in den Abfallbehälter halogenierte Kohlenwasserstoffe entsorgt. 8. Literatur: (1) Autorenkollektiv rganikum, RGANIKUM, 20. Auflage, Wiley-V Weinheim 1999, D S (2) Sadtler Standard Spektra, Sadtler Research Laboratories, Infrared Grating Spektrum 10939K, New York 1967