| Experimente in Projektion - Chemie en miniature Lernziel: Nucleophile Substitution - SN1, Einfluss der Abgangsgruppe auf die Reaktionsgeschwindigkeit Peter Keusch |
Sofern die Butylhalogenide nicht farblos vorliegen, müssen sie frisch destilliert werden (2-Chlor-2-methylpropan, Sdp. 51-52 °C; 2-Brom-2-methylpropan, Sdp. 73.3 °C; 2-Jod-2-methylpropan, Sdp. 130-131 °C). Die Butylhalogenide sind in braunen Fläschchen aufzubewahren. Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:
Schutzbrille, Schutzhandschuhe und gute Raumdurchlüftung erforderlich. Versuchsdurchführung: Das Küvettenwasser hat eine Temperatur von 60 °C. In drei Reagenzgläsern werden je 1 mL der blauen Reagenslösung vorgelegt. Anschließend bringt man mit einer Eppendorf-Pipette die angegebenen Volumina an Alkylhalogenid in R1, R2 und R3 ein.
In jedes Reagenzglas stellt mab eine Pipette und mischt die Lösungen gleichzeitig durch. Versuchsergebnis: 
|  Deutung des Versuchsergebnisses: · Bromthymolblau (Umschlagbereich: pH 6.0 - 7.8) ist ein Säure-Base-Indikator, der im alkalischen Medium eine blaue, im neutralen Medium eine grüne und in saurem Medium eine gelbe Farbe besitzt. Das Umschlagen des Indikators wird durch den bei der Hydrolyse der tertiären Alkylhalogenide freigesetzten Halogenwasserstoff bedingt. · Das tertiäre Halogenid reagiert mit Wasser nach dem SN1 - Typ. Die Reaktion is unimolekular - nur eine Spezies ist am geschwindigkeitsbestimmenden Schritt beteiligt. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt nur von der Konzentration des Alkylhalogenids (R - X) ab: v = k [ R - X ]. Die SN1 - Reaktion (monomolekulare nucleophile Substitution) umfasst zwei Schritte. In einem ersten langsamen, geschwindigkeitsbestimmenden Schritt erfolgt die Bildung eines trigonal-planaren Carbokations. Im zweiten Schritt reagiert das Carbokation schnell mit dem Nucleophil. Je stabiler das Carbokation ist, desto leichter wird es gebildet und desto schneller ist die SN1 - Reaktion. Das Nucleophil kann von beiden Seiten (mit annähernd gleicher Wahrscheinlichkeit) das planare Carbokation angreifen. Folglich führt die SN1 - Reaktion zu einer Razemisierung, in der sowohl Retention als auch Inversion der Konfiguration an einem chiralen Zentrum in gleichem Ausmaß erfolgen. Es entsteht ein Gemisch von zwei Enantiomeren (Spiegelbildisomeren). 
 · Im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der SN1 - Reaktion wird das Alkylhalogenid (R - X) in ein positiv geladenes Carbokation und eine negativ geladene Abgangsgruppe gespalten. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt nicht nur von der Polarität des Lösungsmittels und der Stabilität des Carbokations ab, sondern auch von der Stabilität der Abgangsgruppe. Je stabiler die Abgangsgruppe, desto leichter wird die R - X -Bindung gespalten und desto höher ist die Reaktionsgeschwindigkeit. Konjugierte Basen von starken Säuren sind gute Abgangsgruppen. Obiges Experiment zeigt, dass Bromid eine bessere Abgangsgruppe ist als Chlorid. Bromid ist eine schwächere Base als Chlorid. Die schwächere Base ist stabiler und wird leichter gebildet. Hinweise:  Demonstrationsexperimente auf Video
Hydrolyse der isomeren Butylbromide
Demonstrationsexperimente auf Video
Reaktion der isomeren Butylbromide mit AgNO3
Demonstrationsexperimente auf Video
Hydrolyse der tertiären Butylhalogenide
Holger Schickor Nukleophile Substitution nach SN 2 - Animation Rod Beavon SN 1 Nucleophilic Substitution unimolecular - Animation Allgemeine Instruktionen zur Versuchsdurchführung und Auflistung der Experimente (Download) 
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