Organische Chemie für den Leistungskurs
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- 2.2 Ungesättigte Kohlenwasserstoffe
- 2.3 Ringkohlenwasserstoffe (Cyclische Kohlenwasserstoffe) 2.3.1 Alicyclische Kohlenwasserstoffe
- 2.3.2 Aromatische Kohlenwasserstoffe
- 2.4 Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl
Atomgruppen  
Radikale Reste (real existierend) (formal) •CH3 -CH3 •C2H5 -C2H5 usw. usw.
Die chemische Reaktionsbereitschaft der Alkane ist unter normalen Bedingungen nur gering. Man bezeichnet die Alkane daher auch als Paraffine [parum affinis, lat. = wenig verwandt; gemeint ist: geringe Neigung zum Eingehen von Verbindungen mit anderen Elementen]. Isomerie (hier: Gerüstisomerie) Beim Butan lassen sich 2 verschiedene Strukturformeln aufstellen. Wirklich gibt es 2 Butane mit unterschiedlichen physikalischen Konstanten: Struktur: H3C – CH2 – CH2 – CH3 H3C – CH – CH3 | CH3 Name: Normal-Butan (n-Butan) Iso-Butan (i-Butan) Schmelztemperatur: -138,4 °C -159,6 °C Siedetemperatur: -0,5 °C -11,7 °C Die Van-der-Waals-Kräfte werden mit zunehmender Elektronenanzahl der Moleküle größer, nehmen also innerhalb der homologen Reihe zu. Obwohl isomere Moleküle dieselbe Elektronenanzahl besitzen, zeigen die Stoffe unterschiedliche Schmelz- und Siedetemperaturen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass isomere Moleküle unterschiedliche Moleküloberflächen besitzen, die umso kleiner werden, je mehr sich ein Molekül durch zunehmende Verzweigung der Kugelform nähert. Mit abnehmender Moleküloberfläche nehmen die gegenseitigen Berührungs- und Polarisationsmöglichkeiten und damit die Van-der-Waals-Kräfte ab. Die Anzahl der Isomeren wächst mit zunehmender Kettenlänge sehr rasch: Butan C4H10 2 Pentan C5H12 3 Hexan C6H14 5 Octan C8H18 18 Eicosan C20H42 366.319 Bei isomeren Verbindungen sind gleich: Summenformeln verschieden: Strukturformeln, physikalische Konstanten, chemische Eigenschaften Merke: Isomerie [isos, gr. = gleich; meros, gr. = Teil] ist die Erscheinung, dass Verbindungen trotz gleicher Summenformel verschiedene Strukturen und damit unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Die betreffenden Verbindungen bezeichnet man als Isomere. Nomenklaturregeln: siehe Anhang 2 Merke: 
Die Bezeichnungen geben an, mit wie viel weiteren Kohlenstoffatomen das betrachtete Kohlenstoffatom verbunden ist. Hinweis: Bedingt durch die tetraedrische Anordnung der Bindungspartner des vierbindigen Kohlenstoffatoms sind die in der Kette aufeinander folgenden Kohlenstoffatome gegeneinander versetzt. Die Anordnung der Kohlenstoffatome in Strukturformeln auf einer Geraden ist nur eine Vereinfachung! 2.2 Ungesättigte Kohlenwasserstoffe In der Technik erhält man durch Dehydrierung des Ethans (aus Erdöl) eine Verbindung der Formel C2H4, das Ethen: ca. 800 °C C Ethen entsteht auch - zusammen mit anderen Produkten - beim “Steamcracking” aus den im Leichtbenzin enthaltenen Alkanen: z  .B. C5H12 2 C2H4 + CH4
Das Ethen (anderer Name: Ethylen) ist ein farbloses, kaum wasserlösliches Gas von schwach süßlichem Geruch. Mit Brom reagiert es unter Bildung von 1,2-Dibromethan: Anlagerung = Addition (Bromwasser wird entfärbt!): C2H4 + Br2 C2H4Br2
Versuch 10 Reaktionsmechanismus: elektrophile Addition (siehe Anhang 7, Seite 5) Weil das Ethen 2 Wasserstoffatome weniger enthält als das Ethan und leicht Brom anlagert, bezeichnet man es als „ungesättigte“ Verbindung. Die beiden Kohlenstoffatome sind durch eine Doppelbindung miteinander verbunden: 
Gehen zwei Kohlenstoffatome eine Doppelbindung ein, so findet nicht Hybridisierung zwischen dem 2s-Orbital und den drei 2p-Orbitalen statt wie z.B. im Ethanmolekül, sondern nur zwischen dem 2s-Orbital und zwei 2p-Orbitalen. Es entstehen also drei sp2-Hybridorbitale, und das pz-Elektron bleibt für eine spezielle Bindung übrig. Die drei sp2-Hybridorbitale liegen in einer Ebene und bilden Winkel von 120°. Auf dieser Ebene senkrecht steht das Orbital des pz-Elektrons. Da der Abstand zwischen den Rümpfen der beiden Kohlenstoffatome - im Vergleich z.B. zu Siliciumatomen - klein ist, tritt zwischen den pz-Orbitalen eine Überlappung ein. Hierdurch wird der Abstand zwischen den Kohlenstoffatomen verringert. 
Die Bindung der beiden Kohlenstoffatome im Ethen über die sp2-Hybridorbitale ist eine σ-Bindung, die zusätzliche Bindung über die pz-Elektronen nennt man π-Bindung. Infolge der geringeren Überlappung der pz-Orbitale ist die π-Bindung weniger fest als die σ-Bindung. C - C -Bindung C = C -Bindung Abstand der C-Atome 1,54 · 10-10 m 1,33 · 10-10 m molare Bindungsenergie 347,8 kJ · mol-1 615,9 kJ · mol-1 Durch die π-Bindung wird die freie Drehbarkeit der Kohlenstoffatome um die C – C-Achse aufgehoben. Es gibt daher z.B. beim 1,2-Dibromethen zwei isomere Verbindungen (cis-trans-Isomerie): 
Vom Ethen leitet sich die homologe Reihe der Alkene ab, die gekennzeichnet ist durch die funktionelle Gruppe 
C2H4 H2C=CH2 Ethen C3H6 H2C=CH–CH3 Propen C4H8 H2C=CH–CH2–CH3 Buten C5H10 H2C=CH–CH2–CH2–CH3 Penten allgemeine Formel der Alkene: CnH2n Die ersten drei Alkene sind im Normzustand gasförmig, die mittleren Glieder flüssig, die höheren fest. Da alle Alkene mit Halogenen wasserunlösliche, ölige Additionsverbindungen bilden, nennt man die Alkene auch Olefine [= „Ölbildner“; von „gaz oléfiant“ für Ethen]. Für den einwertigen Ethenrest H2C=CH- ist der alte Name „Vinyl-“ weiterhin zugelassen [von vinum, lat. = Wein, wegen der wie beim „Weingeist“ aus nur 2 Kohlenstoffatomen bestehenden Kette]. Der systematische Name ist Ethenyl-. Durch Anlagerung von Wasserstoff gehen die Alkene in Alkane über: 
Die Anlagerung von Wasserstoff an ungesättigte Verbindungen bezeichnet man als Hydrierung. Die Hydrierung ist ein Spezialfall der Addition. Umgekehrt spricht man bei einer Abspaltung von Wasserstoff von Dehydrierung. Die Dehydrierung ist ein Spezialfall der Elimination. Merke: Unter einer Elimination oder Abspaltungsreaktion versteht man eine Reaktion, bei der Atome oder Atomgruppen von einem Molekül abgetrennt werden, ohne dass gleichzeitig andere Atome angelagert werden. Anmerkung 5: Bei einer Addition von Halogenwasserstoff an unsymmetrische Alkene wird das Halogenatom immer an das wasserstoffärmere C-Atom angelagert (Markownikoff-Regel, um 1869): 
………. Unter der Einwirkung von geeigneten Katalysatoren können sich Tausende von Ethenmolekülen zu dem festen Polyethen (= Polyethylen) zusammenlagern. Das Polyethen - z.B. „Lupolen“ (BASF), „Hostalen“ (Hoechst) oder „Baylon“ (Bayer) - ist ein Kunststoff, der zur Herstellung von durchsichtigen Folien, plastischem Geschirr usw. Verwendung findet (durchscheinend, sehr chemikalienfest). 
[Hochdruckverfahren: Gaspolymerisation in einem Rohrsystem (1500 bis 2000 bar, 200 °C, Sauerstoff als Katalysator) Produkte mit verhältnismäßig niedriger Erweichungstemperatur, geringer Steifigkeit und niedriger Dichte (0,915 bis 0,92 g · cm-3) Normaldruckverfahren nach Ziegler: Ethen wird unter Luft- und Feuchtigkeitsausschluss in Dieselöl geleitet, in dem Al- und Ti-Verbindungen als Katalysator dispergiert sind. An der Katalysatoroberfläche werden pro Liter Lösung stündlich 200 l Ethen umgesetzt. Das Polyethen scheidet sich in Flocken aus. Produkte mit verhältnismäßig hoher Erweichungstemperatur, großer Steifigkeit und hoher Dichte (0,95 bis 0,955 g · cm-3) Ferner gibt es verschiedene Mitteldruckverfahren.] Merke: Als Polymerisation bezeichnet man die Verknüpfung vieler Moleküle einer Verbindung zu einem Makromolekül. Zur Polymerisation sind nur organische Verbindungen mit reaktionsfähigen Mehrfachbindungen befähigt. weitere Beispiele für Polymerisationsprodukte:
Versuch 11 [Hinweis zum Teflon: Teflon ist sehr reaktionsträge; es brennt nicht und kann auch nicht von Schädlingen, Pilzen und Bakterien angegriffen werden. Nichts bleibt an ihm haften. So glatt ist dieses Material, dass man es als „Eisfläche“ zum Schlittschuhlaufen benutzen kann. Deshalb verwendet man Teflon als Überzug in Lagern, als Auflagen in Pfannen, Back- und Schokoladeformen und auf Transportbändern für klebrige Süßigkeiten und Konditoreiwaren. In mit Teflon beschichteten Pfannen kann man ohne Fett braten - nur mit der Hitze muss man vorsichtig sein: schon bei 327 °C wird die Teflonauflage weich! Andererseits behält das Material seine vorteilhaften Eigenschaften auch bei tiefsten Temperaturen. Teflon leitet den Strom nicht. Daher ist es ein hervorragendes Isolationsmaterial für elektrische Kabel. Ferner ist es unlöslich, und deshalb dienen Teflon-Siebeinsätze als Filter für konzentrierte Säuren. Auch zur Auskleidung von Säurebehältern oder von Tanks für flüssigen Brennstoff wird es benutzt. In Verbindung mit Kautschuk wird Teflon als Überzug für die Tragflächen von Flugzeugen gegen die gefürchtete Vereisung verwendet. Schlauchlose Autoreifen werden durch Teflon-Einlagen relativ pannensicher. Eine Spezialanfertigung von Teflon dient als Material für Dichtungen, Isolationen und Stoßdämpfer in Raketenmotoren, da es gegen Öl und Hitze außerordentlich beständig ist.] Anmerkung 6: 
Durch Polymerisation von Styrol entsteht der Kunststoff Polystyrol. Versuch 12 ……….
Lage zweier Doppelbindungen im Molekül: 
Bei Molekülen mit konjugierten Doppelbindungen (z.B. beim 1,3-Butadien) überlappen sich die Orbitale der π-Elektronen auch zwischen den Kohlenstoffatomen 2 und 3, sodass es zur Bildung einer über alle 4 Kohlenstoffatome delokalisierten Elektronenwolke kommt. Da durch die Delokalisation auch die mittlere Bindung in einem gewissen Ausmaß Doppelbindungscharakter annimmt, wird sie kürzer, und die freie Drehbarkeit um diese Bindung wird eingeschränkt. (Rotation ist nur möglich, wenn unter Energiezufuhr die Delokalisation aufgehoben wird.) Anmerkung 7: Bindungslängen im 1,3-Butadien (in 10-10 m): 
………. Die bei der Hydrierung von konjugierten Systemen frei werdende Energie („Hydrierungsenthalpie“) ist stets geringer als bei entsprechenden nicht konjugierten Systemen, d.h. konjugierte Systeme sind energieärmer und weniger reaktionsbereit als nicht konjugierte Systeme mit der gleichen Anzahl von Doppelbindungen. Anmerkung 8: Man kann den Bindungszustand im 1,3-Butadien durch folgende mesomere Grenzformeln beschreiben: 
Dieser Bindungszustand liefert auch die Erklärung für die experimentelle Feststellung, dass bei der Reaktion von Brom mit 1,3-Butadien im ersten Additionsschritt neben dem 3,4-Dibrom-1-buten auch das 1,4-Dibrom-2-buten entsteht:   BrH2C-CHBr-CH=CH2 3,4-Dibrom-1-buten
 H2C=CH-CH=CH2 + Br2
BrH2C-CH=CH-CH2Br 1,4-Dibrom-2-buten
……….
Ethin und die homologe Reihe der Alkine Aus dem Calciumcarbid CaC2 entwickelt sich mit Wasser ein lauchartig riechendes Gas mit der Summenformel C2H2, nämlich unreines Ethin (= Acetylen): CaC2 + 2 H2O Ca(OH)2 + C2H2
Versuch 13 Reines Ethin ist ein in Wasser nur wenig lösliches, farbloses und fast geruchloses, betäubend wirkendes Gas. (Der üble Geruch bei der Darstellung von Ethin aus Calciumcarbid rührt von geringen Mengen PH3, H2S und NH3 her, die aus Verunreinigungen des technischen Carbids bei Zugabe von Wasser entstehen.) Beim Erhitzen zerfällt Ethin in seine Elemente: C 2H2 2 C + H2 | H = -227 kJ
Diese Hitzespaltung tritt auch in der Ethinflamme ein. Diese ist daher sehr heiß, leuchtet hell und stößt Rußwolken aus. Verbrennt man Ethin in besonders konstruierten Brennern, so erhält man eine nur wenig rußende Flamme. Die hohe Verbrennungswärme wird zum autogenen Schweißen und Schneiden ausgenützt: 2 C2H2 + 5 O2 2 H2O + 4 CO2 | H = -2598 kJ
Versuch 14 Gemenge aus Ethin und Luft (oder aus Ethin und Sauerstoff) sind sehr gefährlich (weiter Explosionsbereich eines Ethin-Luft-Gemisches von rund 2 bis 82 Volumenanteilen Ethin!). Auch reines Ethin neigt, wenn es erhitzt oder komprimiert wird, zur Explosion. Es kann daher nicht durch Druck verdichtet, wohl aber gefahrlos unter Druck in Propanon (= Aceton) gelöst werden. (In den mit Ethin gefüllten Stahlflaschen befindet sich Kieselgur, mit Propanon durchtränkt; das Ethin wird mit etwa 12 bar Druck in dem Propanon gelöst.) Versuch 15 Heute gewinnt man die Hauptmenge des Ethins nicht mehr aus Calciumcarbid, sondern aus Erdgas oder Erdöl: a) durch Abspaltung von Wasserstoff aus Methan im elektrischen Lichtbogen, wobei das Methan schnell durch den Lichtbogen geblasen und sofort mit kaltem Wasser abgeschreckt wird: 1400 °C  2 CH4 C2H2 + 3 H2
b) durch partielle Oxidation von Methan oder Leichtbenzin: 4 CH4 + O2 C2H2 + 2 CO + 7 H2
In dem Ethinmolekül sind die beiden Kohlenstoffatome durch eine Dreifachbindung verknüpft. Das Additions- und Polymerisationsvermögen des Ethins ist daher noch stärker ausgeprägt als beim Ethen. Durch seine Reaktionsfreudigkeit ist das Ethin einer der wichtigsten Ausgangsstoffe für die organisch-chemische Großindustrie: Reppe-Synthesen (z.B. Herstellung von Butadien, Ethansäure, Ethen, Styrol, Vinylchlorid sowie von Produkten ihrer Weiterverarbeitung). G
Zuwachs der Bindungsenergie von (a) nach (b): 268,1 kJ · mol-1 Zuwachs der Bindungsenergie von (b) nach (c): 192,8 kJ · mol-1
Das Ethin kann seine Wasserstoffatome als Protonen abgeben, ist also eine (sehr schwache) Säure: pKS-Werte: H2O 15,74
NH3 35  H2C CH2 44
H3C CH3 50
D  ie wichtigste salzartige Verbindung des Ethins ist das Calciumcarbid Ca2+( C C )2-. Es ist thermisch beständig. Dagegen ist die Verbindung Ag2C2 (Silberacetylid) in trockenem Zustand äußerst explosiv.
Das Calciumcarbid wird im Lichtbogen eines elektrischen Ofens aus gebranntem Kalk und Koks hergestellt. (Carbide nennt man diejenigen Metallderivate des Ethins, in denen der Wasserstoff durch ein zwei- oder mehrwertiges Metall ersetzt ist.) ……….
160 °C; Hg2+ H Das Ethin ist das erste Glied in der homologen Reihe der Alkine. allgemeine Formel der Alkine: CnH2n-2 2.3 Ringkohlenwasserstoffe (Cyclische Kohlenwasserstoffe) 2.3.1 Alicyclische Kohlenwasserstoffe Aus manchen Erdölsorten kann ein Kohlenwasserstoff mit der Summenformel C6H12 als farblose Flüssigkeit abgetrennt werden, die keine Additionsreaktionen zeigt (z.B. Bromwasser nicht entfärbt). Die Verbindung kann daher kein kettenförmig gebautes Alken (das Hexen) sein, sondern die Kohlenstoffatome müssen ringförmig angeordnet sein. Es handelt sich um einen Vertreter der alicyclischen Kohlenwasserstoffe (Name zusammengezogen aus aliphatisch und cyclisch), das Cyclohexan: 
Anmerkung 10: Die stabilste Konformation von Cyclohexan ist die Sesselform. Sie kann in die Wannenform übergehen. (Bei Zimmertemperatur liegt das Cyclohexan zu 99 % in der Sesselform vor. In der Wannenform sind die Atome teilweise einander stärker genähert als in der Sesselform, was zu einer stärkeren Abstoßung dieser Atome und damit zu einer geringeren Stabilität des Moleküls führt.) 
………. Es gibt eine homologe Reihe gesättigter, ringförmig gebauter Kohlenwasserstoffe vom Cyclopropan bis zu Verbindungen mit mehr als 30 Ringgliedern. Die allgemeine Formel dieser Cycloalkane oder Cycloparaffine lautet (CH2)n. - Infolge der großen „Ringspannung“ des Dreier- und des Viererringes sind Cyclopropan und Cyclobutan weniger stabil (d.h. also reaktionsfähiger) als lineares Propan bzw. Butan. Es gibt auch ungesättigte alicyclische Kohlenwasserstoffe, z.B. das Cyclohexen (Summenformel: C6H10). 2.3.2 Aromatische Kohlenwasserstoffe Aus dem bei der Verkokung der Steinkohle entstehenden Rohgas wird in hohen Waschtürmen Benzol herausgewaschen, eine wasserklare, stark lichtbrechende und würzig riechende Flüssigkeit, die leichter als Wasser ist, bei 80 °C siedet und mit leuchtender, rußender Flamme brennt. Benzol löst sich nur wenig in Wasser und Alkohol, ist aber selbst ein gutes Lösemittel für viele Stoffe, z.B. für Fette, Harze und Kautschuk. Auch dem Motorenbenzin wird Benzol beigemischt (vergl. ARAL = aromatisch-aliphatisch!). Benzol ist heute der Ausgangsstoff zur Herstellung zahlreicher Verbindungen, die früher aus Harzen und anderen wohlriechenden Naturstoffen herausdestilliert werden mussten. Daher bezeichnet man noch heute alle Verbindungen, welche das für das Benzolmolekül typische Strukturmerkmal enthalten, als „aromatische Verbindungen“. Benzol hat die Summenformel C6H6. Hierfür sind zahlreiche (12) [ohne cis-trans-Isomerie!] kettenförmige Strukturformeln möglich, z.B.: 
All diese Formeln können nicht in Frage kommen. Mehrfachbindungen müssten nämlich dem Benzol einen stark ungesättigten Charakter verleihen, während Benzol tatsächlich ein sehr beständiger und verhältnismäßig reaktionsträger Stoff ist. Versuch 16 Ferner neigt Benzol - wie gesättigte Kohlenwasserstoffe - zu Substitutionsreaktionen, wobei sich alle 6 Wasserstoffatome als völlig gleichartig gebunden erweisen. (Es gibt nur 1 Monosubstitutionsprodukt C6H5X.) 1865 schlug der Bonner Chemiker Kekulé für das Benzolmolekül eine Ringformel vor, in der er drei Einfachbindungen regelmäßig mit drei Doppelbindungen abwechseln ließ. Er nahm an, dass sich die Doppelbindungen in dieser Anordnung gegenseitig „lähmen“, sodass sie die bei den Alkenen zu beobachtende Reaktionsfähigkeit verloren haben. 
Zur Vereinfachung von Strukturformeln zeichnet man den Benzolring oft nur als Sechseck. An jeder Ecke muss man sich dann die Atomgruppe C - H denken. Die Kekulé-Formel kann nicht alle Besonderheiten im chemischen Verhalten des Benzols erklären, vor allem nicht seinen im Vergleich zu den Alkenen nur geringen ungesättigten Charakter. Die Orbitaltheorie macht die Bindungsverhältnisse im Benzolmolekül verständlicher: Jedes Kohlenstoffatom bildet durch sp2-Hybridisierung drei in einer Ebene liegende σ-Bindungen aus, die untereinander Winkel von 120° bilden (Ring von 6 Kohlenstoffatomen mit 6 Wasserstoffatomen). Die 6 nach der Hybridisierung verbleibenden 2pz-Orbitale ergeben zwei Bereiche hoher Elektronendichte beiderseits parallel zur Ringebene. 
Die Struktur des Benzols kann durch die üblichen Valenzstrichformeln nicht korrekt wiedergegeben werden. Um den Bindungszustand im Benzolmolekül zu charakterisieren, schreibt man die beiden möglichen Valenzstrichformeln als sogenannte Grenzstrukturen und verbindet sie durch einen Zweispitzpfeil: 
Dabei ist stets zu bedenken, dass die Grenzstrukturen nicht real existieren: die Grenzformeln stellen nur Schreibhilfen dar! Existent ist nur der zwischen den beiden Grenzstrukturen liegende „mesomere“ Zustand. Merke: Kann in der Strukturformel einer Verbindung bei gleicher Reihenfolge der Atome eine verschiedene Elektronenverteilung angegeben werden, so spricht man von Mesomerie. Die Mesomerie beschreibt eine bestimmte Molekülstruktur, die man sich zwischen zwei (oder mehreren) möglichen Grenzstrukturen zu denken hat. Neben der Kekulé-Formel ist für das Benzolmolekül auch folgende Schreibweise in Gebrauch: 
Durch die Bestimmung von Hydrierungsenthalpien kann bewiesen werden, dass das Benzol kein Cyclohexatrien ist: 
Hydrierungsenthalpien (jeweils für 1 mol der Verbindung): Δ H1 = -119,8 kJ · mol-1 Δ H2 = -232,1 kJ · mol-1 (statt -239,6 kJ · mol-1; Differenz: 7,5 kJ · mol-1) Δ H3 = -208,7 kJ · mol-1 (statt -359,4 kJ · mol-1; Differenz: 150,7 kJ · mol-1) Das Benzol ist also stabiler (energieärmer) als auf Grund der Kekulé-Formel zu erwarten wäre. Vor allem die Hydrierung der ersten „Doppelbindung“ am Benzol bereitet Schwierigkeiten, denn diese Reaktion verläuft endotherm: Hydrierung der 1. Doppelbindung: Δ H3 - Δ H2 = +23,4 kJ · mol-1 Hydrierung der 2. Doppelbindung: Δ H2 - Δ H1 = -112,3 kJ · mol-1 Hydrierung der 3. Doppelbindung: Δ H1 = -119,8 kJ · mol-1 
Das Benzolmolekül befindet sich durch die Verteilung der Elektronen auf den größtmöglichen Bereich (Delokalisation) in einer Energiemulde. Der Energieinhalt des Benzols ist um die Mesomerieenergie von 150,7 kJ · mol-1 geringer als der der Grenzstrukturen.    
Merke: Da Verbindungen, die in verschiedenen Grenzstrukturen vorliegen können, energieärmer sind, spricht man von einer Mesomeriestabilisierung. (Die Mesomeriestabilisierung einer Verbindung ist umso größer, je mehr unpolare Grenzstrukturen sich aufstellen lassen, denn diese geben optimale Überlappungsmöglichkeiten der Elektronenwolken an.) In Anwesenheit von FeBr3 oder eines Aluminiumhalogenids gelingt bereits in der Kälte die Bromierung des Benzols. Hierbei handelt es sich um eine elektrophile Substitution (vergleiche Anhang 7, Seiten 2 und 3!). Versuch 17 Merke: Elektrophile Substitutionen sind die typischen Reaktionen des Benzols und seiner Derivate. Nach dem Prinzip der Wurtz-Synthese können am Benzolring Seitenketten eingebaut werden. Man erhält so Alkylbenzole, z.B.: 
Den einwertigen Rest C6H5• bezeichnet man als Phenylgruppe. Das Methylbenzol kann daher auch als Phenylmethan bezeichnet werden. [phainein, gr. = ans Licht bringen; das im Leuchtgas entdeckte Benzol wurde nämlich ursprünglich „phen“ genannt] Trägt der Benzolring eine aliphatische Seitenkette, so gelten für die Reaktionen mit Halogenen folgende Regeln: 1.) In der Siedehitze und im Sonnenlicht tritt das Halogenatom in die Seitenkette ein (SSS-Regel). So können z.B. aus Toluol und Chlor je nach der Dauer der Einwirkung folgende Verbindungen entstehen: 
Anmerkung 11: Diese Reaktion ist - ebenso wie die durch Licht aktivierte Halogenierung eines Alkans - eine radikalische Substitution. Das zunächst entstehende „Benzylradikal“ ist mesomeriestabilisiert, wodurch seine Bildung begünstigt wird. Daher läuft der Vorgang rascher ab als bei Alkanen. 
……….
2.) In der Kälte und in Gegenwart von Katalysatoren (z.B. Eisen oder Aluminium) tritt das Halogenatom in den Kern ein (KKK-Regel), z.B.: 
Versuch 18 Die Reaktion ist eine typische elektrophile Substitution und läuft nach dem gleichen Ionenmechanismus ab wie die Halogenierung des Benzols. Die Methylgruppe erhöht durch ihren +I-Effekt die Elektronendichte im Ring, übt dadurch einen stabilisierenden Einfluss auf den sich bildenden Sigma-Komplex aus und erleichtert somit die Zweitsubstitution im Vergleich zur Erstsubstitution. Die Methylgruppe aktiviert also den aromatischen Ring. Die Disubstitutionsderivate des Benzols kommen in 3 Stellungsisomeren mit deutlich verschiedenen physikalischen Konstanten vor: 
Auch die Trisubstitutionsderivate des Benzols kommen in 3 Isomeren vor: 
Ort für den Eintritt eines zweiten Substituenten in einen Benzolring: siehe Anhang 4 Kondensierte Ringsysteme: siehe Anhang 5 Anmerkung 12: Die Entscheidung, welches Isomere vorliegt, ist bei Diderivaten des Benzols am sichersten dadurch möglich, dass man einen dritten Substituenten einführt und die Anzahl der neu entstehenden isomeren Verbindungen feststellt: 
………. 2.4 Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl Rohöl ist eine hellbraune bis pechschwarze Flüssigkeit, die aus zahlreichen Kohlenwasserstoffen sowie sauerstoff-, schwefel- und stickstoffhaltigen Verbindungen besteht. Die Trennung erfolgt unter Ausnutzung der unterschiedlichen Siedetemperaturen durch fraktionierte Destillation. (Das Erdöl wird auf etwa 400 °C erhitzt und seitlich in einen etwa 50 m hohen Fraktionierturm geleitet, dessen Inneres durch zahlreiche durchlochte Zwischenböden stockwerkartig unterteilt ist. Da die Betriebstemperatur in der Kolonne von unten nach oben abnimmt, sammeln sich hoch siedende Erdölanteile in den unteren, niedrig siedende Kondensate in den oberen Böden an.) 
Hauptfraktionen der Erdöldestillation (mit Angabe von Siedebereichen) und ihre Verwendung:
Das Schmieröl wird in einer Vakuumdestillationsanlage bei einem Druck von etwa 70 mbar verarbeitet. Hierbei werden die schwer siedenden Öle, die sich unter normalem Druck beim Erhitzen auf die Siedetemperatur zersetzen würden, getrennt in Heizöl für Ölfeuerungen („schweres Heizöl“) [S = schwerflüssig] Spindelöl zum Schmieren von Maschinen Vaseline als Salbengrundlage Paraffin zur Kerzenherstellung und zur Fettsäuregewinnung Der Rückstrand ist das Bitumen, das als Straßenbelag und zur Herstellung von Dachpappen und Kabelisolierungen Verwendung findet. Jede einzelne Fraktion muss der Raffination unterzogen werden, d.h. sie wird z.B. mit Natronlauge oder konzentrierter Schwefelsäure gereinigt, damit alle „Nichtkohlenwasserstoffe“ entfernt werden. Um eine größere Ausbeute an kurzkettigen Molekülen aus dem Erdöl zu erhalten, können die langkettigen Kohlenwasserstoffe „gecrackt“ werden. Versuch 19 Beim katalytischen Cracken wird bei 420 °C, normalem Druck und mit synthetischen Aluminiumsilicaten als Katalysator („Perlkatalysator“) schweres Heizöl in kurzkettige Alkane und Alkene gespalten: z .B. C16H34 C8H18 + C7H16 + C
o der C16H34 C6H12 + C5H10 + + 2 C2H6 + C
oder andere Reaktionen Die entstehenden Alkane werden zusätzlich noch isomerisiert, die Alkene unter Dehydrierung aromatisiert. Dabei entsteht Kohlenstoff als koksähnliche Masse. Neben Motorentreibstoffen werden aus Erdöl heute hauptsächlich große Mengen von Alkenen, z.B. Ethen und Propen, gewonnen, die vor allem zur Herstellung von Kunststoffen Verwendung finden. Aber auch zahlreiche andere Produkte (z.B. Waschmittel, Gummi, Lösemittel) werden heute aus dem Rohstoff Erdöl hergestellt. [Das Wort „Benzin“ hat nichts zu tun mit dem Namen des berühmten Erfinders Carl Friedrich Benz. Es ist abgeleitet von „Benzoesäure“, aus der früher Benzin durch Erhitzen gewonnen worden ist. „Benzoe“ leitet sich ab von einem arabischen Wort für den javanischen Weihrauch.] Anmerkung 13: Otto-Motor: saugt Gemisch aus Benzin und Luft an; verdichtet dieses Gemisch auf  oder  seines Volumens („Kompression 8 oder 9“); zündet mit Funken der Zündkerze
Diesel-Motor: saugt nur Luft an und verdichtet sie hoch (z.B. beim VW Golf Diesel: Kompression 23,5); in diese hoch verdichtete und daher sehr heiße Luft wird der Dieselkraftstoff mit ca. 250 bar eingespritzt und entzündet sich in der Hitze von selbst (also keine Zündkerzen und kein Verteiler erforderlich) [Bei dem mit Benzin betriebenen Einspritzmotor erfolgt die Einspritzung in das Ansaugrohr. Höhere Kompressionen sind beim Benzin nicht möglich, da es dann zu Frühzündungen kommen würde.] CO2-Ausstoß von Autos: 1 Liter Benzin / 100 km: 23,8 g CO2 / km 1 Liter Diesel / 100 km: 26,6 g CO2 / km ……….
Man unterscheidet die Research-Oktanzahl (ROZ) und die Motor-Oktanzahl (MOZ). Mit der ROZ wird die Klopffestigkeit bei geringer Geschwindigkeit, niedriger Belastung und beim Beschleunigen angegeben, mit der MOZ die Klopffestigkeit bei schärferer Fahrweise und hoher Geschwindigkeit. Die MOZ liegt bis zu 10 Punkte unter der ROZ. In Deutschland wird an den Tankstellen die ROZ des Benzins angegeben, in den USA dagegen wird ein Mischwert aus ROZ und MOZ ausgeschildert. Benzin, das in den USA mit 86 oder 87 Oktan angeboten wird, entspricht also etwa unserem 91er Normal, und US-Super mit 89 Oktan erreicht knapp die Werte von Eurosuper (ROZ 95). Die Oktanzahl kann erhöht werden:
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ehen Kohlenstoffatome eine Dreifachbindung ein, so werden nur das 2s- und ein 2p-Orbital hybridisiert (sp-Hybridorbitale)). Eines dieser beiden Hybridorbitale überlappt mit einem sp-Hybridorbital eines zweiten Kohlenstoffatoms (σ-Bindung). Die beiden nicht in die Hybridisierung einbezogenen Orbitale (py und pz) stehen senkrecht aufeinander. Sie überlappen mit den entsprechenden Orbitalen des anderen Kohlenstoffatoms zu zwei π-Bindungen.