Synthese von tert-butylchlorid (2-Chloro-2-methylpropan)

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1 Praktikum Organische Chemie I Zürich, L (für Biol./Pharm.Wiss) Wintersemester 05/06 Sylke Höhnel Semester Assistent: Pascal Bindschädler Synthese von tert-butylchlorid (2-Chloro-2-methylpropan) - 1 -

2 1 Methode Die Synthese von tert-butylchlorid aus tert-butanol (2-Methylpropan-2-ol) durch HCl erfolgt via unimolekularer nukleophiler Substitution (S N 1) über einen stabilen Carbokationzustand. 2 Reaktionsgleichung HO HCl Cl CH 3 3 Mechanismus OH + H C H 3 H O + H O H 2 + C C H 3 Cl - Cl CH 3 4 Physikalische Daten der Substanzen tert-butanol M = 74,12 g/ mol ρ = 0,78 g/ cm³ n D = 1,3838 Smp 25,3 C Sdp C CH-Giftklasse 4 (nicht unbedenklicher Stoff) MAK Wert: 20 ppm OH R-Sätze R11 R20 S2 S9 S16 Leicht entzündlich Gesundheitsschädlich beim Einatmen Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren Von Zündquellen fern halten Nicht rauchen - 2 -

3 Konzentrierte Chlorwasserstoffsäure M = 32,04 g/ mol ρ = 1,06 g/ cm³ Smp - 40 C Sdp 84 C CH-Giftklasse 3 (giftige Stoffe) MAK Wert: 5 ppm HCl (konz.) R-Sätze R34 R37 S2 S26 Verursacht Verätzungen Reizt die Atmungsorgane Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen Bei Berührungen mit den Augen sofort mit Wasser abspülen und Arzt oder Ärztin konsultieren Natriumhydrogencarbonat M = 84,01 g/ mol ρ = 2,22 g/ cm³ Smp 270 C O CH-Giftklasse 5 (Stoffe geringer Gefährlichkeit) HO O - Na+ S24/25 Berührung mit den Augen und der Haut Vermeiden Natriumchlorid M = 58,44 g/ mol ρ = 2,22 g/ cm³ Smp 801 C Sdp 1465 C NaCl WGK 0 (nicht wassergefährdend) CH-Giftklasse Frei S24/25 Berührung mit den Augen und der Haut Vermeiden Magnesiumsulfat M = 120,37 g/ mol ρ = 2,7 g/ cm³ Smp 1124 C O S O O - Mg 2+ O - CH-Giftklasse Frei S24/25 Berührung mit den Augen und der Haut Vermeiden - 3 -

4 tert-butylchlorid M = 92,57 g/ mol ρ = 0,84 g/ cm³ n D = 1,3848 Smp -28 C Sdp 51 C CH-Giftklasse 4 (nicht unbedenklicher Stoff) Cl CH 3 R-Sätze R11 S9 S16 S29 S33 Leicht entzündlich Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren Von Zündquellen fern halten Nicht rauchen Nicht in die Kanalisation gelangen lassen Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung treffen 5 Apparaturen Scheidetrichter Stopfen Scheidetrichter Organische Phase Wässrige Phase - 4 -

5 Destillationsapparatur Kontaktthermometer (T BAD ) Thermometer (T DAMPF ) Claisenaufsatz Vigreuxkolonne Vakuumvorstoß ~~~~ ~~~ Schweinchen Rührfisch Mit 4 Birnenkolben Ölbad Magnetrührer Eisbad Filterapparatur Vakuumanschluss Nutsche Vakuumaufsatz Erlenmeyer Kolben - 5 -

6 6 Ansatz Substanz Eingesetzte Menge [g] Anzahl Mole [mol] Volumen [ml] tert-butanol 14,84 0,2 - konz. Salzsäure 58,4 ~ 0,6 ~ 50 ml 7 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 NaHCO 3 - Lösung gewaschen und neutralisiert. Der Scheidetrichter wurde abwechselnd geschüttelt und gelüftet, sodass das sich entwickelnde CO 2 entweichen konnte. Danach wurde ein zweites Mal mit gesättigter wässriger NaCl-Lösung gewaschen, über MgSO 4 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: Masse Verlust durch Aufarbeitung: Masse Verlust gesamt: 9,32 g 0,51 g 0,44 g 5,01 g Ausbeute der Aufarbeitung: 90,75 % Ausbeute gesamt: 62,80 % - 6 -

7 9 Charakterisierung Brechungsindex Bei der erhaltenen Fraktion wurde ein Brechungsindex von n D = 1,385 gemessen. Der Literaturwert für tert-butylchlorid liegt bei n D = 1,3844. Infrarot-Spektrum Banden [cm -1 ] Interpretation C-H Streckschwingung 810 C-Cl Streckschwingung Referenz-Infrarot-Spektren tert-butylchlorid - 7 -

8 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. 11 Literatur (1) Reinhart Keese, Grundoperationen der präparativen organischen Chemie, 6. überarbeitete Auflage, Druckerei Glauser AG (2) Formeln und Tabellen, 10. Auflage, Paetec (3) (4) (5) (6)