Phillipps- Universität Marburg

Isabelle Kuhn

Organisch Chemisches Grundpraktikum Lehramt WS 2006/07

Praktikumsleiter: Herr Reiß

Gruppe 05:

Alkylchloride gegenüber AgNO3

Reaktion:

am Beispiel des sekundären Butylchlorid

Chemikalien:

Eingesetzte Stoffe Gefahrensymbole R- und S- SätzeSekundäres Butylchlorid

F R 11S 9-16-29

Tertiäres Butylchlorid (2- Chlor-2-Methylpropan)

F R 11S 9-16-29

Ethanolische(C2H5OH) Silbernitrat-Lösung(AgNO3)C2H5OHw( AgNO3) = 0,01

Silbernitrat:

C, N

Ethanol:

F

Silbernitrat:R 34-50/53S 26-45-60-61Ethanol:S 7-16 R 11

Materialien:

Reagenzgläser, Becherglas, 5 mL Pipette, Tropfpipette

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Aufbau:

Durchführung:

In drei Reagenzgläser gibt man je 5 mL vom primären (Reagenzglas 1), sekundären (Reagenzglas

2) und tertiären Butylchlorid (Reagenzglas 3) und gibt anschließend einige Tropfen der

ethanolischer Silbernitrat-Lösung dazu. Man beobachtet die Lösungen ca. 5 Min.

Beobachtung:

Zu Beginn des Versuches handelt es sich wie auf Foto A gut zu

erkennen bei den Butylchloriden um farblose, klare Flüssigkeiten.

Gibt man nun die ethanolische AgNO3 – Lösung hinzu

(Foto B), kann man sofort erkennen wie sich in

Reagenzglas 3, dem tertiären Butylchlorid (Foto B rechts)

ein weißer Niederschlag bildet. Beim sekundären

Butylchlorid im Reagenzglas 2 (Foto B mitte) kommt es

erst allmählich zu einer Trübung, die mit der Zeit und

nach einigem Schütteln (siehe Foto C) immer deutlicher

wird.

Reagenzglas 1

Reagenzglas 2

Reagenzglasständer

Reagenzglas 3

B

A

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Beim Primären Butylchlorid (Reagenzglas 1, Foto B links) erfolgt auch nach Schütteln keine

Reaktion.

Entsorgung:

Die Chemikalien werden sauer in die Silberabfälle entsorgt.

Fachliche Analyse:

Cl

Cl

primäres sekundäres tertiäres Butylchlorid

2- Chlor-2-

Methylpropan

Bei der Reaktion mit Silbernitrat-Lösung fällt beim tert. und sek. Butychlorid weißes Silberchlorid

aus. Es handelt sich dabei um eine unimolekulare nucleophile Substitution (SN1).

Das Chlorid-Ion wird durch Dissoziation vom Butylchlorid heterolytisch abgespalten und es

entsteht ein Carbenium-Ion. Dies ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt.

Die Chlorid-Ionen werden durch die Silbernitratlösung gefällt.

C

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Es entsteht AgCl. Anhand des ausgefallenen Feststoffes kann man die Reaktionsgeschwindigkeit

verfolgen. Je mehr AgCl ausgefallen ist, desto mehr Chlorid wurde abgespalten, desto schneller ist

die Reaktion.

Das gebildete tert.-Butylkation ist ein starkes Elektrophil und das Lösungsmittel Ethanol greift das

eletronenarme Carbenium nucleophil an.

OH OH

++

+

Danach wird es deprotoniert.

Mit sekundärem Butylchlorid erfolgt eine ähnliche Reaktion, allerdings langsamer.

Grund hierfür ist die Unterschiedliche Stabilisierung der Carbokationen in den

Geschwindigkeitsbestimmenden Schritten durch Hyperkonjugation.

An der Abbildung der Hyperkonjugation wird deutlich das ein tert. Kation besser als ein sek. und

deutlich besser als ein primäres Kation stabilisiert ist.

Beim primären Butylchlorid erfolgt keine SN1-Reaktion, die Reaktivität des Substrats nimmt also

mit der Reihe tertiär > sekundär > primär ab.

Hyperkonjugation am Beispiel eines Dimethylethylkation

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Methodisch- Didaktische Analyse:

Die Vorbereitungszeit sowie die Nachbereitungszeit ist sehr kurz und kann in einer kurzen

Schulpause geschehen. Auch die Durchführung ist recht kurz und kann als begleitender Versuch

zum „normalen Unterricht“ durchgeführt werden.

Auch die Anzahl der Geräte ist sehr gering und in jeder Schule vorhanden. Der finanzielle Aufwand

ist demnach und wegen weniger Chemikalien recht gering.

Der Didaktisch Wert dieses Versuches ist dafür umso höher. Er funktioniert tadellos und ist recht

einfach zu handhaben, schön ist auch das für die Schüler sofort zu erkennen ist (durch das Ausfallen

des Silberchlorids) wo eine Reaktion abläuft und wo nicht. Diese Tatsache macht das

Transportieren der Informationen aus dem Versuch für den Schüler sehr einfach. Er zeigt sehr gut

die unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten von Halogenalkanen und nimmt dabei Bezug zur

Anorganik durch die Fällung der Chlorid- Ionen (dies sollte zum Vorwissen der Schüler gehören,

kann jedoch an dieser Stelle auch kurz besprochen werden). Außerdem kann man an ihm viele für

den Unterricht relevanten Themen aus dem hessischen Lehrplan erklären, wie zum Beispiel die

Hyperkonjugation und die Stabilität der Carbokationen.

Ich habe auch gelesen das man den Induktiven Effekt an diesem Versuch zu erklären versucht, dies

halte ich jedoch für verwirrend, so kann es leicht passieren, dass die Schüler die Stabilität der

Radikale versuchen mit dem Induktiven Effekt zu erklären.

Das Vorwissen der Schüler sollte in jedem Fall die SN – Reaktionen umfassen, da es ansonsten ein

bisschen viel auf einmal zu lernen wäre.

Nach der Soester Liste schon für den Einsatz in der Sekundarstufe I als Schülerversuch geeignet,

bietet sich jedoch erst in der Oberstufe nach den Themen nukleobhile Substitution wirklich an.

Literatur:

– Skriptum von Prof. Dr. Butenuth

– http://de.wikipedia.org

– http://www.staff.uni-marburg.de/%7Egeyer/download/01OC1Bindungsverhaeltnisse.pdf

– Organische Chemie; Vierte Auflage, K.Peter C.Vollhardt, Neil E.Shore; Willey-VCH, 2005

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