Phillipps- Universität Marburg

Isabelle Kuhn

Organisch Chemisches Grundpraktikum Lehramt WS 2006/07

Praktikumsleiter: Herr Reiß

Gruppe 04:

Kern- und Seitenkettenbromierung von Toluol

Reaktion:

Chemikalien:

Eingesetzte Stoffe Gefahrensymbole R- und S- SätzeToluol F, Xn R 11-38-48/20-63-65-67

S 36/37-46-62 Aluminiumfolie - -Brom

N C

T+

R 26-35-50

S 7/9-26-45-61

Universalindikatorpapier - -

Materialien:

2 Reagenzgläser, 2 Stopfen, Reagenzglasgestell, Reagenzglashalter, Meßpipette (10 mL),

Peleusball, Stativ, Spatel, Brenner, Lampe oder Diaprojektor

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Durchführung:

a) In einem Reagenzglas werden 5 mL Toluol mit wenigen Tropfen Brom versetzt. Dann wird das

Reagenzglas verschlossen, unverzüglich am Stativ eingespannt und 5 Minuten mit der Lampe

bestrahlt. Überprüfe die entweichenden Dämpfe mit feuchtem Indikatorpapier.

b) In einem zweiten Reagenzglas mischt man erneut 5 mL Toluol mit wenigen Tropfen Brom. Das

Reagenzglas wird dann mit Aluminiumfolie umwickelt. Dann fügt man eine Spatelspitze

Eisenpulver hinzu. Nach dem Verschließen mit dem Stopfen wird geschüttelt und anschließend mit

feuchtem Indikatorpapier erneut die aufsteigenden Dämpfe geprüft.

Beobachtung:

Zu Beginn der Versuche a) und b) färbte sich das Toluol nach der Zugabe des Broms braun-orange

(siehe Foto A).

Versuch a):

Spannt man das mit Toluol und Brom befüllte Reagenzglas wie in der Durchführung beschrieben

vor eine Lampe (Foto B) so entfärbt es sich sofort. Die austretenden Gase färben das befeuchtete

Indikatorpapier rot (Foto C).

A

B C

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Versuch b):

Auch das Reagenzglas in Versuch b) wird nachdem Befüllen mit Toluol und einigen tropfen Brom

eingespannt und mit Alufolie umwickelt (Foto D). Nach der Zugabe von Eisenpulver färben die

aufteigenden Gase das befeuchtete Indikator auch ohne Lichtzufuhr rot (Foto E).

Jedoch entfärbte sich die Lösung wieder erwarten nicht (Foto F).

Das Eisenpulver blieb teilweise ungelöst am Boden zurück.

Entsorgung:

Alle mit Brom verunreinigten Geräte werden mit wässriger Natriumthiosulfat-

Lösung bis zum Verschwinden der Bromfärbung gespült. Die Waschlösung wird dann in die

organische Lösungsmitteltonne gegeben.

Reaktionsgleichung dazu:

Br2 +2 (S2O3)2- [S4O6] 2- + 2Br -

Fachliche Analyse:

Allgemeines über Substituitionsreaktionen am Aromaten:

Einerseits zeigen die Alkylbenzole (zu denen auch Toluol zählt) aufgrund ihres aromatischen Kerns

D E

F

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Merkmale Aromatischer Stoffe, andererseits ähneln sie mit ihren Seitenketten die entsprechenden

aliphatischen Verbindungen. Deshalb können Alkylbenzole im Kern oder in der Seitenkette

substituiert werden.

KKK-Regel: Bei niedrigen Temperaturen (Kälte) und in Anwesenheit von Eisen(III)-Bromid als

Katalysaor reagiert in unserem Fall Toluol mit Brom zu 2-Bromtoluol und zu 4- Bromtoluol,

gleichzeitig entsteht dabei Bromwasserstoff. Bei diesen Reaktionsbedingungen läuft wie beim

Benzol auch eine elektrophile Substitution am Kern ab. In der KKK-Regel wird dieses

Reaktionsverhalten zum Ausdruck gebracht.

Reaktion dazu:

Bildung des eigentlichen Katalysators Eisen(III)-bromid durch Oxidation von Eisen mit Brom und

Bildung des Elektrophils Br+ durch heterolytische Spaltung des Brom-Moleküls in Gegenwart von

FeBr3:

Formal wandert also Br+ Elektrophile Aromatische Substitution nach der KKK-Regel:

Die para-Position ist nicht nur wegen der stereochemischen Abschirmung der CH3-Gruppe

bevorzugt sondern auch weil Substituenten, die die Elektronendichte im Ring erhöhen (dies tut die

CH3-Gruppe) hauptsächlich in para- und ortho- Stellung dirigieren.

Das hier in unserem Versuch keine vollständige Reaktion abgelaufen ist und noch die typische

Bromfärbung zu sehen ist war kann daran liegen das diese Reaktion nicht so schnell abläuft wie die

Seitenkettenbromierung. Es konnte aber ein deutlicher Nachweis für HBr erbracht werden

(Rotfärbung des Indikatorpapiers)

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SSS-Regel: Bei erhöhter Temperatur (Siedehitze) und Bestrahlung mit Licht (Sonnenlicht) erfolgt

dagegen eine radikalische Substitution von Wasserstoffatomen in der Seitenkette. Dieser

Reaktionsverlauf wird in der SSS-Regel wiedergegeben. Bei der Bromierung von Toluol entsteht so

Brommethyl-benzol als Monosubstitutionsprodukt.

Reaktion dafür ist:

Grund dafür das diese Reaktion so schnell abläuft ist, das die Benzylradikale durch Mesomerie

energetisch stabilisiert sind:

Der Genaue Mechanismus läuft also wie folgt ab:

Bei beiden Reaktion entsteht HBr welches im Versuch das feuchte Indikatorpapier rot färbte.

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Methodisch- Didaktische Analyse:

Der Zeitaufwand für diesen Versuch ist recht gering sowohl die Vorbereitung, die Durchführung

und die Nachbereitung ist recht kurz und durchaus für Schulstunden geeignet. Auch der Apparative

Aufwand ist gering zumal mittlerweile in fast jedem Klassenraum ein Overheadprojektor steht

welchen man für die photochemische Bromierung verwenden kann. Der finanzielle Aufwand für

eine Schule ist auch nicht sehr hoch alle Chemikalien sind relativ kostengünstig zu erwerben und

sie können auch recht sparsam eingesetzt werden ohne das der Versuch dabei weniger gut

erkenntlich ist. Man kann den Versuch zum Erarbeiten eines Themas des Lehrplans verwenden;

Erarbeiten der Konkurrenzreaktion bei der Halogenierung von Alkylbenzolen: Radikal- bzw.

Ionenmechanismus in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen, was seinen didaktischen Wert

erhöht. Schade ist jedoch das keine deutliche Entfärbung im Versuch b) zu sehen war was vielleicht

manche Schüler zweifeln lassen könnte, was seinen methodischen Wert etwas verringert, da er

Verwirrung stiften kann. Die Schüler sollten vor beginn dieses Versuches etwas wissen was

Substitutionsreaktionsmechanismen im Allgemeinen sind um dieses auf Benzolderivate übertragen

zu können. Auch ein gewisses Grundwissen über Aromaten ist von Nöten.

Aufgrund des Einsatzes von Brom und dessen Giftigkeit handelt es sich bei diesem Versuch um

einen reinen Lehrerversuch (siehe Soester Liste).

Fazit: Dieser Versuch kann sehr gut die SSS- und KKK-Regel erklären, man kann ihn beim Thema

Konkurenzreaktionen bei der Halogenierung von Alkylbenzolen ansprechen und er wird dafür recht

hilfreich sein, die eine Schwäche der kleinen Verwirrung sei ihm verziehen!

Literatur:

– http://www.tgs-chemie.de/aromaten.htm

– http://www.darktec.org/chemie-praktikum/10_4Toluol_Brom_Fe_Pulver_K.html

– Chemie heute, Sekundarstufe II; M.Jäckel; Schroedel Schulbuchverlag; 1992

– Reaktionsmechanismen; 2. Auflage; Reinhard Brückner; Spektrum akademischer Verlag;

Heidelberg, Berlin

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

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