Präparat 1 - Christopher Gallian, Diplom-Ingenieur der Chemischen ...

Name: Gallian Studiengang: Chemische Technik (4T) Datum: 19.10.04
Vorname: Christopher Matrikelnummer: 0321296 Seite: 1 von 6
Präparat: 1 Produkt: Chlorcyclohexan durchgeführt: 12.10.04
Präparat 1: Herstellung von Chlorcyclohexan durch
nucleophile Substitution an Cyclohexanol
1. Literaturangaben
[1] K.P.C. Vollhard, N.E. Schore
Organische Chemie - 3. Auflage
Wiley-VCH Verlag GmbH, 2000
[2] Gattermann, Wieland
Die Praxis des organischen Chemikers - 43. Auflage
DeGruyter-Verlag, 1982
2. Reaktionsmechanismus und Reaktionsgleichung
2.1.1. Mechanismus der Hauptreaktion (SN1)
(1) Protonierung der OH-Gruppe, bilden
von H2O als gute Abgangsgruppe
ZnCl2
HCl
- 1 -
(2) abspalten von Wasser
- H2O
(3) bilden des Carbenium-Ions
(5) bilden des Produkts (4) Angriff des Nucleophils an das Carbenium-Ion
„von Oben oder Unten“

Name: Gallian Studiengang: Chemische Technik (4T) Datum: 19.10.04
Vorname: Christopher Matrikelnummer: 0321296 Seite: 2 von 6
Präparat: 1 Produkt: Chlorcyclohexan durchgeführt: 12.10.04
2.1.2. Reaktionsgleichung
+ HCl
ZnCl2
2.2.1. Mechanismus der Nebenreaktion (E1 als Konkurrenzreaktion)
(1) Protonierung der OH-Gruppe, bilden
von H2O als gute Abgangsgruppe
ZnCl2
HCl
-H +
- 2 -
(2) abspalten von Wasser
- H2O
(3) bilden des Carbenium-Ions
+H2O
(5) bilden des Nebenprodukts (4) stabilisieren des Carbenium-Ions durch umlagern
eines Elektronenpaars und abspalten eines Protons
2.2.2. Reaktionsgleichung
+ H2O

Name: Gallian Studiengang: Chemische Technik (4T) Datum: 19.10.04
Vorname: Christopher Matrikelnummer: 0321296 Seite: 3 von 6
Präparat: 1 Produkt: Chlorcyclohexan durchgeführt: 12.10.04
3. Ansatz
Substanz Molmasse Dichte
[g/mol] [g/cm 3 Stoffmenge Masse Volumen
] [mol] [g] [ml]
Cyclohexanol 110,16 0,94 0,2 20,4 22
Zinkchlorid 136,28 2,91 0,4 54,4 - - -
konz. Salzsäure - - - 1,15 ca. 0,22 - - - 20
4. Versuchsdurchführung
4.1. Aufbau der Reaktionsapparatur:
Als Vorlagebehälter dient ein Dreihalskolben (250ml). Der Inhalt des
Kolbens soll durch einen KPG-Rührer durchmischt werden. Außerdem
werden an den Kolben noch ein Rückflusskühler und ein Tropftrichter
angeschlossen. Im späteren Versuchsverlauf kann der Tropftrichter
durch ein Thermometer ausgetauscht werden. Das Erhitzen des
Reaktionsgemisches erfolgt durch einen Heizpilz.
4.2. Durchführung:
Im Vorlagebehälter wird das Zinkchlorid, unter Bildung einer
gelblichen Lösung, in der Salzsäure gelöst. Danach wird innerhalb von
5 Minuten das Cyclohexanol hinzu getropft, wobei eine rote bis
braune Färbung entsteht. Der Tropftrichter wird entfernt und durch ein
Innenthermometer ersetzt. Die Lösung wird dann aufgeheizt, wobei
sich eine am Innenthermometer abgelesene Temperatur von 120°C
einstellt. Die Lösung nimmt dabei eine dunkelgraue bis schwarze
Farbe an.
Nach einstündigem Kochen der Lösung wird die Wärmequelle entfernt und man lässt das
Gemisch abkühlen. Nach dem Abkühlen lassen sich deutlich zwei Phasen erkennen. Eine
grüne, organische Phase im oberen Teil und eine gelbliche, wässerige, Phase im unteren Teil.
Die organische Phase enthält das Produkt und wird mittels eines Scheidetrichters von der
wässerigen Phase abgetrennt. Um eine bessere Trennung zu erzielen werden vor dem
Überführen in den Scheidetrichter 60ml Wasser mit in den Vorlagebehälter gegeben.
4.3. Reinigung des Produkts:
Die organische Phase enthält außer dem Produkt noch Spuren an Wasser und sonstige
Nebenprodukte wie z.B. Cyclohexen. Um das Produkt zu isolieren muss die Phase von
Wasser befreit und anschließend einer Destillation unterzogen werden.
Zum Entfernen des Wassers wird Calciumchlorid (wasserfrei u. fein gekörnt) zugegeben und
geschwenkt. Um das Calciumchlorid wieder abzutrennen wird die Lösung mit einem
Papierfilter filtriert. Für die folgende Destillation wird sie dann in einen 100ml Rundkolben
gegeben.
- 3 -
Abb.1 Reaktionsaparatur

Name: Gallian Studiengang: Chemische Technik (4T) Datum: 19.10.04
Vorname: Christopher Matrikelnummer: 0321296 Seite: 4 von 6
Präparat: 1 Produkt: Chlorcyclohexan durchgeführt: 12.10.04
4.4. Aufbau der Destillationsapparatur:
Als Vorlagebehälter für die Destillation dient eine
100ml Rundkolben. Über eine Claisenaufsatz wird
der Kolben mit einem Liebigkühler verbunden. Der
Claisenaufsatz wird mit einem Glasstopfen und
einem Destillationsthermometer versehen. An das
Ende des Liebigkühlers wird zum Abtrennen des
Vorlaufs eine Spinne befestigt.
4.5. Durchführung der Destillation:
Die organische Phase wird mit einem Heizpilz
erhitz. Um einem Siedeverzug entgegenzuwirken
wird mit Magnetrührer und Rührfisch durchmischt.
Die erste Fraktion erfolgt bei etwa 85°C
abgelesener Temperatur. Sie macht sich durch einen
plötzlichen, schnellen Anstieg und einem, nach
Abdestillation der Fraktion, schnellen fall der
Temperatur bemerkbar.
Eine weitere Fraktion tritt bei etwa 100°C auf. Durch drehen der Spinne wird sie in einem
anderen Kolben aufgefangen. Das Produkt wird in der letzen Fraktion Abgetrennt bei einer
Abgelesenen Temperatur von etwa 135°C (Lit. 139-141°C). Nach erfolgter Destillation sinkt
die Temperatur auf 50°C ab. Im Kolben befindet sich noch ein Rest der organischen Phase,
der sich nicht mehr verflüchtigt. Die Destillation wird an dieser Stelle beendet.
4.6. Probe auf Doppelbindungen:
Es werden je 1ml des Vorlaufs und des Produkts entnommen und jeweils in 10ml
Diethylether gelöst. Danach werden einige Tropfen Bromwasser zu den Lösungen gegeben.
Die Lösung aus dem Vorlauf entfärbt das Bromwasser. Die Lösung mit dem Produkt weist
keine Reaktion auf.
5. Ausbeute
Masse [g] Stoffmenge [mol] Prozent [%]
Theorie 23,7 0,2 100
Literatur 14 - 15 0,12 - 0,13 59 - 63
Versuch 9,3 0,08 40
6. Eigenschaften des Produkts
Form: flüssig
Farbe: klar, farblos
Brechungsindex: 1,4610
- 4 -
Abb.2 Destillationsaparatur

Name: Gallian Studiengang: Chemische Technik (4T) Datum: 19.10.04
Vorname: Christopher Matrikelnummer: 0321296 Seite: 5 von 6
Präparat: 1 Produkt: Chlorcyclohexan durchgeführt: 12.10.04
7. Qualitativer Nachweis von Alkenen (Doppelbindungen)
Die Entfärbung von Bromwasser ist ein qualitativer Nachweis für Doppelbindungen. Da im
Vorlauf Cyclohexen enthalten ist entfärbt sich das Bromwasser bei dem Nachweis.
7.1. Mechanismus der elektrophilen Addition (AE)
(1) induzierter Dipol am Br2 Molekül,
elektrophiler Angriff an Doppelbindung
Diethylether
- 5 -
(2) bilden eines Bromium-Ions unter
Dissoziation des Br2 Moleküls
(5) bilden des Trans-1,2-Dibromcyclohexans (4) Angriff des Nucleophils (Br - ) von der
„Rückseite“
8. Vergleich von SN1 und SN2
Ob bei eine Reaktion nach SN1 oder SN2 abläuft hängt von mehreren Parametern ab.
8.1. Stellung des elektrophilen Zentrums
Das elektrophile Zentrum kann ein Methylkation oder ein primärer, sekundärer oder tertiärer
Kohlenstoff sein. Die Stabilität des Carbeniumions nimmt vom Methylkation zum tertiären
Kohlenstoff zu.
Ein Methylkation und ein primärer Kohlenstoff reagieren also nach dem SN2 Mechanismus.
Ein tertiärer Kohlenstoff wird hingegen nach dem SN1 Mechanismus reagieren. Beim Angriff
an sekundäre Kohlenstoffe sind beide Reaktionen etwa gleich begünstigt. Hier entscheiden
weitere Parameter darüber wonach die Reaktion verläuft.
8.2. Sterische Hinderung
Eine sterische Hinderung kann durch große Substituenden am elektrophilen Zentrum oder
auch am Nucleophil auftreten. Sterisch gehinderte Substituenden oder Nucleophile
begünstigen einen SN1 Angriff.
Bei der Reaktion ist weder das elektrophile Zentrum (sekundärer Kohlenstoff) noch das
Nucleophil (Chlorid) sterisch gehindert. Es besteht die Möglichkeit beider Reaktionen.

Name: Gallian Studiengang: Chemische Technik (4T) Datum: 19.10.04
Vorname: Christopher Matrikelnummer: 0321296 Seite: 6 von 6
Präparat: 1 Produkt: Chlorcyclohexan durchgeführt: 12.10.04
8.4. Das Lösungsmittel
Lösungsmittel sind in drei Gruppen eingeteilt:
- polar protische Lösungsmittel
- polare Lösungsmittel
- unpolare Lösungsmittel
Polare und polar protische Lösungsmittel begünstigen die SN1 Reaktion, da sie Carbenium-
Ionen und Abgangsgruppen stabilisieren.
Unpolare Lösungsmittel begünstigen die SN2 Reaktion. Da sich in Unpolaren Lösungsmitteln
keine Solvathüllen bilden, als polare Substanzen nicht in Lösung gehen kann die
durchgeführte Reaktion nicht stattfinden, da sich sonst kein Zinkchlorid lösen würde.
Bei der Reaktion wird Salzsäure eingesetzt die durch ihren Wasseranteil und Säurestärke ein
polar protisches Lösungsmittel darstellt. Die Reaktion wird also mit Sicherheit nach SN1
ablaufen.
- 6 -