Experimente in Projektion - Chemie en miniature Nitrierung von Aromaten Lernziel: Elektrophile aromatische Substitution Peter Keusch

English version Chemikalien: 10 mmol Benzol / 96-proz. Ethanol  (0.9 mL / 10 mL) 10 mmol Phenol / 96-proz. Ethanol  (941 mg / 10 mL) 0.2 mmol 2-Naphthol / 96-proz. Ethanol  (29 mg / 10 mL) 65-proz. HNO3

Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:

Benzol wird leicht durch die Haut aufgenommen! Bei Verschlucken folgen Magenschmerzen und bei verzögerter Entfernung auch Störungen des zentralen Nervensystems. Die chronische Einwirkung führt nach langer, symptomfreier Latenzzeit zu Schädigungen der Blutbildungsorgane und Bildung von Krebsgewebe.

Phenol ist giftig bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken. Verursacht Verätzungen.

2-Naphthol ist gesundheitsschädlich, reizt Augen, Haut und Atmungswege.

65% ige Salpetersäure verursacht schwere Verätzungen.

Ethanol ist leicht entzündlich.

Schutzbrille, Handschuhe und effektive Raumdurchlüftung erforderlich. Die ethanolischen Lösungen von Benzol, Phenol und 2-Naphthol werden im Abzug bereitet!


Versuchsdurchführung:

Drei Reagenzgläser werden wie folgt versorgt:

R1	1 mL ethanolische Benzol - Lösung
R2	1 mL ethanolische Phenol - Lösung
R3	1 mL ethanolische 2-Naphthol - Lösung

Die Lösungen werden mit jeweils 15 Tropfen HNO₃ versetzt.


Versuchsergebnis:

R1	-	bleibt farblos
R2	sofort nach 1/2 Minute   nach 1 Minute	gelborange tieforange rot
R3	sofort	gelb

Bild 1

Bild 2

Bild 3


Deutung des Versuchsergebnisses:

·   Im Unterschied zu Benzol erfolgt die Nitrierung von Phenol bereits mit 65-proz. HNO₃ bei Raumtemperatur. Das nitrierende Agens ist das Nitronium-Ion  (1).


·   Bei niedriger Temperatur entsteht ein Gemisch von o-Nitrophenol (ca. 35 %) und p-Nitrophenol (ca. 15 %)  (Bild 2: orangefarbene Lösung )  (2).


·   Die große Reaktivität des Phenols hat ihre Ursache im + M-Effekt der OH-Gruppe, der den - I-Effekt überwiegt. Somit wird durch die erhöhte Ladungsdichte im Kern die elektrophile Zweitsubstitution erleichtert.

·   Auch Naphthalin wird unter den gegebenen Bedingungen nitriert, wobei fast ausschließlich 1-Nitronaphthalin entsteht. Die im Vergleich zum Benzol wesentlich erhöhte Reaktivität wird durch das 10p - Elektronensystem des Naphthalins bedingt. Die geringere energetische Stabilisierung (C - C -Bindungen zeigen unterschiedliche Bindungslängen, ungleichmäßige Elektronenverteilung, geringere Mesomerieenergie) ist für die gesteigerte Reaktionsfähigkeit verantwortlich.

·   In Analogie zum Phenol wirkt die OH-Gruppe der Naphthole bei der elektrophilen Substitution reaktionsbeschleunigend. Beim 1-Naphthol erfolgt die Zweitsubstitution in 2 - und 4 - Stellung, bei 2-Naphthol ist die 1-Stellung aktiviert  (3).




Hinweis:
Rod Beavon  Electrophilic substitution - Animation


Liste der Projektionsexperimente