Welches Buten entsteht?
AFB I–IIErhitzt man 2-Brombutan mit einer Lösung von Kaliumhydroxid in Ethanol, wird Bromwasserstoff abgespalten. Das entstehende Gas wird aufgefangen und gaschromatografisch untersucht (M1). Als Nebenreaktion läuft in geringem Umfang eine Substitution ab, deren Produkte hier nicht betrachtet werden.
| Produkt | Anteil am Alkengemisch |
|---|---|
| But-1-en | 19 % |
| But-2-en (cis und trans zusammen) | 81 % |
- Nennen Sie den Reaktionstyp und alle Alkene, die aus 2-Brombutan entstehen können.
- Stellen Sie die Reaktionsgleichungen für die Bildung von But-1-en und But-2-en mit Halbstrukturformeln auf.
- Ermitteln Sie die Anteile, die man erwartet, wenn jedes H-Atom an den Nachbar-C-Atomen des Br-tragenden C-Atoms mit gleicher Wahrscheinlichkeit abgespalten wird, und vergleichen Sie mit M1.
- Erläutern Sie, warum das Produkt But-2-en aus zwei Stoffen besteht (5.1.4).
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Eliminierung. Mögliche Alkene: But-1-en, cis-But-2-en, trans-But-2-en.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(\ce{CH3-CHBr-CH2-CH3 -> CH2=CH-CH2-CH3 + HBr}\)
\(\ce{CH3-CHBr-CH2-CH3 -> CH3-CH=CH-CH3 + HBr}\)
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
C-1 trägt 3 H-Atome, C-3 trägt 2 H-Atome. Erwartung: But-1-en \(3/5 = 60\,\%\), But-2-en \(2/5 = 40\,\%\).
Gemessen: 19 % zu 81 %. But-2-en entsteht deutlich bevorzugt; die Produktverteilung ist nicht statistisch, das Alken mit der Doppelbindung innerhalb der Kette wird bevorzugt gebildet.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Im But-2-en trägt jedes C-Atom der Doppelbindung zwei verschiedene Substituenten (H und \(\ce{CH3}\)). Da um die Doppelbindung keine Drehung möglich ist, gibt es zwei Anordnungen: cis (beide Methylgruppen auf einer Seite) und trans (gegenüber) — zwei verschiedene Stoffe. Beim But-1-en trägt C-1 zwei H-Atome, cis-trans-Isomerie ist nicht möglich.
Chlor oder Brom?
AFB II–IIIPropan wird unter Belichtung einmal mit Chlor und einmal mit Brom umgesetzt; die Stoffmenge an Halogen ist so klein, dass fast nur Monohalogenpropane entstehen. M2 zeigt die gemessene Zusammensetzung.
| Reaktion | Bedingungen | 1-Halogenpropan | 2-Halogenpropan |
|---|---|---|---|
| Propan + Chlor | Licht, 25 °C | 45 % | 55 % |
| Propan + Brom | Licht, 130 °C | 3 % | 97 % |
| Stoff | Sdt. in °C |
|---|---|
| 1-Chlorpropan | 47 |
| 2-Chlorpropan | 36 |
| 1-Brompropan | 71 |
| 2-Brompropan | 59 |
- Berechnen Sie die Produktverteilung, die man erwartet, wenn jedes H-Atom des Propans gleich reaktiv ist.
- Werten Sie M2 aus, indem Sie für beide Halogene bestimmen, wie viel reaktiver ein H-Atom am mittleren C-Atom ist als eines an einem äußeren C-Atom.
- Stellen Sie eine begründete Vermutung auf, warum die Bromierung so viel „wählerischer“ ist als die Chlorierung.
- Bewerten Sie die radikalische Halogenierung von Propan als Herstellungsweg für reines 1-Chlorpropan und für reines 2-Brompropan.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Statistisch: 1-Halogenpropan \(6/8 = 75\,\%\), 2-Halogenpropan \(2/8 = 25\,\%\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Chlor: \(\dfrac{55/2}{45/6} = \dfrac{27{,}5}{7{,}5} \approx 3{,}7\) — ein inneres H-Atom reagiert etwa 3,7-mal so schnell.
Brom: \(\dfrac{97/2}{3/6} = \dfrac{48{,}5}{0{,}5} = 97\) — etwa 100-mal so schnell. Beide Messungen widersprechen der rein statistischen Erwartung.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Chlorradikale sind sehr reaktionsfreudig und reagieren mit fast jedem H-Atom, das sie treffen; die Unterschiede zwischen den H-Atomen fallen daher wenig ins Gewicht. Bromradikale sind reaktionsträger (die Reaktion \(\ce{Br^. + C3H8 -> HBr + C3H7^.}\) ist endotherm); sie reagieren nur bei besonders „günstigen“ Stößen und bevorzugen daher stark das leichter abzuspaltende H-Atom am mittleren C-Atom.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
1-Chlorpropan: Nur 45 % des Monochlorgemisches; es muss von 2-Chlorpropan abgetrennt werden (Siedetemperaturen 47 °C und 36 °C — Destillation möglich, aber aufwendig), dazu kommen Mehrfachchlorierung und Chlorwasserstoff als Abfall. Als Herstellungsweg wenig geeignet.
2-Brompropan: 97 % Wunschprodukt, Trennung vom Nebenprodukt einfach (59 °C/71 °C). Geeignet, sofern der Bromwasserstoff verwertet wird.