Photochemische Halogenierung

Versuch 1: In einen trockenen 100-mL-Erlenmeyerkolben werden ca. 15 mL n-Heptan* eingefüllt, danach 4-5 Tr. elementares, flüssiges Brom*. Das Gemisch wird danach auf zwei gleich große Erlenmeyerkolben aufgeteilt (A und B), die beide mit einem Uhrglas verschlossen werden. Einer der beiden Kolben (A) wird auf dem OHP belichtet. Wenn die braune Farbe des Broms verschwunden ist, wird ein angefeuchtetes Indikatorpapier in den Kolben gehalten, anschließend 1 Tr. konz. Ammoniak-Lösung (an einem Glasstab oder Pipette).

Versuch 2: In den Erlenmeyerkolben A werden ca. 20 mL aqua dest. gegeben, und das Gemisch in einem Scheidetrichter geschüttelt und anschließend getrennt. Mit der organischen Phase wird danach (im Abzug!) die Beilstein-Probe gemacht, 3 mL der wässrigen Phase werden im Rggl. mit Silbernitrat-Lösung versetzt.

Versuch 3: Ein 1-l-Erlenmeyer-Kolben wird mit Feuerzeuggas* gefüllt. Unter dem Abzug werden anschließend 1-2 Tr. Brom* hinzugefügt und der Kolben mit einem Uhrglas zugedeckt. Das Gemisch wird mit dem OHP bestrahlt. An bzw. in die Kolbenöffnung wird danach konz. Ammoniak-Lösung bzw. ein angefeuchteter Indikatorpapierstreifen gehalten. Dann werden 10 mL Heptan zugegeben, durchgeschüttelt und mit dieser Lösung die Beilstein-Probe durchgeführt.

Arbeitsaufträge:
1. Notiere sorgfältig alle Versuchsbeobachtungen und fasse die Ergebnisse tabellarisch zusammen.
2. Was ist mit der unbelichteten Hälfte des ersten Reaktionsgemisches geworden? Notiere!
3. Welche gasförmigen Produkte werden mit dem angefeuchteten Indikatorpapier und dem Tropfen konzentrierter Ammoniak-Lösung nachgewiesen? Formuliere die entsprechenden Reaktionsgleichungen!
4. Warum müssen die in den Versuchen verwendeten Erlenmeyerkolben absolut trocken sein?
5. Erkläre die Ergebnisse der Beilstein-Probe und formuliere die entsprechenden Reaktionsgleichungen!
6. Formuliere alle Monobromverbindungen aus den Versuchen 1 (Ausgangsalkan: Heptan) und Versuch 3 (Feuerzeuggas besteht aus Propan, Butan und Isobutan).
7. Was genau versteht man unter der „Beilstein-Probe"? Wie wird sie durchgeführt?____________________ Alkane reagieren selbst mit _____________________Halogenen nur unter Zuhilfenahme von_______. Bei den exotherm verlaufenden Reaktionen bilden sich die _________________ der entsprechenden Alkane, jedoch nicht nur als  Monobromverbindungen, sondern vielfach auch als Di-, Tri- oder Polyhalogenverbindungen. Wie aus Arbeitsauftrag 3 und der entsprechenden Reaktionsgleichung deutlich wird, handelt es sich bei diesen Reaktionen um ______________________________ , weil Alkan-Wasserstoffatome durch ______________ ersetzt werden. Gleichzeitig bezeichnet man diesen Reaktionstyp als ________________ _______________ , weil die Reaktion durch Licht ausgelöst wurde. Mit Hilfe dieser Reaktion können reaktionsträge Alkane in wesentlich reaktionsfreudigere Halogenalkane = _____________________überführt werden. Weil Chlor als Abfallprodukt der ________________ (Hauptprodukt ist die Natronlauge und Wasserstoffgas) in großen Mengen verfügbar und reaktionsfreudiger als das teuere Brom, wird diese Reaktion hauptsächlich mit Chlor durchgeführt. Der große Nachteil dieses Reaktionstyps ist, dass selbst bei genauer Dosierung von Chlor und präziser Reaktionsführung immer _______________entstehen (Monohalogenalkan, Dihalogenalkan, Trihalogenalkan bis zum Polyhalogenalkan). Mit anderen Worten: ein gezieltes Produkt herzustellen gelingt auf diese Weise nicht. Die Folge: aufwändige ___________________. Deswegen werden heute nur wenige Produkte der chemischen Industrie auf diese Weise hergestellt: Chlormethan, Chlorethan, Dichlormethan.

Wortliste: Licht, reaktionsträge, Mischprodukte, Bromatome, Substitutionsreaktionen, reaktionsfreudig, Bromverbindungen, Alkylhalogenide,
Kochsalz-Elektrolyse, Halogenierung, Trennungsoperationen, photochemisch;

Quelle: Tausch, v. Wachtendonk: Chemie 2000+, Band 2, Bamberg 2004
            Gerhard Graeb: Reaktionen und Mechanismen - Organische Chemie 1 in der Kollegstufe - DBV, München 1980