Kinetik: Addition von Bisulfit an Ketone

Computergestützte Experimente - Messung: Temperatur
Reaktionskinetik
Addition von Bisulfit an Ketone

Ziel: Nucleophile Addition an die Carbonylgruppe von Ketonen, Einfluss der Alkylgruppe, +I-Effekt, sterische Hinderung

Peter Keusch

Messwerterfassung mit dem Programm CHEMEX und dem Analog-Digital-Wandler CHEMBOX
IBK electronic + informatic

English version

Chemikalien:
Propanon
2-Butanon
2-Pentanon
1 M wässerige Natriumbisulfit - Lösung

Geräte und Glaswaren:
Magnetrührer
2 Magnet-Rührstäbchen
Rührstabentferner
Dewargefäß (500 mL) mit Kunststoffdeckel, geeignet für Magnetrührer
Temperatursonde
3 Vollpipetten 25 mL
4 Messpipetten 10 mL
Entsorgungskanister

Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:

Propanon, 2-Butanon und 2-Pentanon erweisen sich bei Einnahme, Einatmung und Hautkontakt als gesundheitsschädlich.

Schutzbrille, Schutzhandschuhe und gute Raumdurchlüftung erforderlich.

Theoretischer Hintergrund:

Eine charakteristische Reaktion der Aldehyde und Ketone stellt die Addition von Bisulfit an die Carbonyl-Gruppe dar. Die Elektronegativitätsdifferenz zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff bedingt eine Polarisierung der Carbonyl-Gruppe. Die Polarisierung bestimmt die Richtung der Addition an die Aldehyde und Ketone. Das Nucleophil greift das positivierte C-Atom an und das Hydrogeniumion wird vom elektronegativen Sauerstoff angegriffen

Addition von Bisulfit an Propanon

Da die Reaktion exotherm verläuft kann sie durch Temperatutmessung verfolgt werden.

Versuchsdurchführung:

Fig. 1: Experimentalanordnung

Die Temperatursonde ist an Eingang Sensor2 der CHEMBOX angeschlossen.

Znächst wird in das Dewargefäß Keton und Ethanol pipettiert. Anschließend fügt man unter Rühren die Bisulfitlösung hinzu.

Experiment 1	25 mL Propanon	25 mL Ethanol	25 mL Bisulfitlösung
Experiment 2	30.6 mL 2-Butanon	30.6 mL Ethanol	25 mL Bisulfitlösung
Experiment 3	36.1 mL 2-Pentanon	36.1 mL Ethanol	25 mL Bisulfitlösung

Das Dewar-Gefäß wird mit einem Kunststoffdeckel, in dessen Bohrung die Temperatursonde gehaltert ist, verschlossen und sofort die Messung gestartet. Sobald die Temperaturkurve abfällt ist die Messwertaufnahme zu beenden.

Abb. 2: Messbildschirm Addition an Propanon

Auswertung der Messdaten in Microsoft Excel:

Die Messdaten werden in Microsoft Ecel importiert und hier ein Punktdiagramm mit der Auftragung von T [ °C] gegen t [s] erstellt. Durch die markierten Messpunkte des linearen Bereichs der einzelnen Temperaturkurven wird eine Trennlinie gelegt. Der Koeffizient vor x in den Geradengleichungen (y = ax + b) gibt den Wert für die Steigung m an (Abb. 3), der auch unmittelbar auf dem Messbildschirm von Chemex ermittelt werden kann (Abb. 2).

Abb. 3: Temperatur T 1: Propanon 2: 2-Butanon 3: 2-Pentanon

Deutung des Versuchsergebnisses:

Die abnehmende Reaktivität in der Reihe Propanon > 2-Butanon > 2-Pentanon kann wie folgt erklärt werden.

· Die Alkylgruppen werden sperriger in obiger Reihe und behindern zunehmend die Annäherung des Nukleophils (Abb. 4).

· In der Reihe CH₃ > C₂H₅ > C₃H₇ verstärkt sich der + I - Effekt, wodurch der Carbonylkohlenstoff weniger elektrophil wird.

Abb. 4: Kalottenmodell

Liste der Chembox-Experimente