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    Praktikum Organische Chemie fr Diplomstudiengnge Biologie / Humanbiologie

    Zielsetzung und Inhalte.

    Experimentelle Durchfhrung wichtiger Grundmethoden und Reaktionsprinzipien der organischen Chemie: Radikalische Substitution, nucleophile Substitution am sp

    3-C-Atom, Addition an die

    Doppelbindung, Eliminierungsreaktionen, elektrophile Substitution an Arenen, Oxidation und Reduktion, Reaktionen C-H-acider Verbindungen

    Funktionelles Verhalten, Reaktionsweise und Synthese wichtiger Verbindungsklassen an ausgewhlten Beispielen: Aldehyde und Ketone, Carbonsuren, Amine, Aminosuren, Kohlenhydrate

    Erlernung der apparativen und methodischen Grundlagen chemischer Laboratoriumspraxis Die ausgewhlten Themenkreise sind der organisch-chemischen Grundvorlesung entnommen. Zur Begleitung und Vertiefung des Praktikumsstoffes werden als Lehrbcher empfohlen:

    (1) H. P. Latscha, U. Kazmaier, H. A. Klein, Organische Chemie - Chemie Basiswissen II, 5. Auflage, Springer 2002.

    (2) H. P. Latscha, U. Kazmaier, H. A. Klein, Chemie fr Biologen, 1. Auflage, Springer 2002. (3) D. Hnssgen / Th. Eicher, Chemie fr Pharmazeuten und Naturwissenschaftler, 2. Auflage,

    Gustav Fischer Verlag Stuttgart 1997. Der Praktikumsstoff ist so strukturiert, da die einzelnen Themenkreise in der Regel an einem Praktikumstag bearbeitet werden knnen. Es ist jeweils e i n Prparat des betreffenden Themen-kreises durchzufhren. Daneben gibt es eine Reihe von Reagenzglasversuchen (RG) die zur Vertiefung des Verstndnisses dienen sollen, und die parallel zu den Prparaten durchgefhrt werden knnen. Das Aufstellen von Reaktionsgleichungen kann bei den einzelnen Versuchen gelernt und gebt werden. Die einzelnen Praktikumstage sind folgenden Themenkreisen gewidmet.

    1. Praktikumstag: Allgemeine apparative Einfhrung in die Laboratoriumspraxis

    2. Praktikumstag: Substitutionsreaktionen (radikalische, nucleophile)

    3. Praktikumstag: Ungesttigte Verbindungen, Additionsreaktionen

    4. Praktikumstag: Eliminierungsreaktionen, Hydroxyverbindungen

    5. Praktikumstag: Elektrophile Substitution an Arenen

    6. Praktikumstag: Oxidation und Reduktion

    7. Praktikumstag: Aldehyde und Ketone

    8. Praktikumstag: Carbonsuren und Derivate

    9. Praktikumstag: Reaktionen C-H-acider Verbindungen

    10. Praktikumstag: Amine, Aminosuren und Proteine

    11. Praktikumstag: Kohlenhydrate

    12. Praktikumstag: Platzabgabe

  • Versuchsbersicht 2

    bersicht ber Versuche im Biologenpraktikum 2. Tag (Substitutionsreaktionen)

    Prp. RG Versuch Seite 1 tert-Butylchlorid 5 1 Verseifung von Bromethan 6

    3. Tag (Ungesttigte Verbindungen, Additionen, Eliminierungen)

    Prp. RG Versuch Seite 2 Brommaleinsure 7 2 Baeyer-Probe 8 3 Propinol + Brom 9 4 Salzbildung von Propinol 9

    4.Tag (Hydroxyverbindungen)

    Prp. RG Versuch Seite 3 4-Nitrophenol 10 4 Acetylsalicylsure 11 5 Komplexbildung vicinaler Diole 12 6 Aciditt von Phenolen 13 7 Phenol-Metall-Komplexe 13

    5. Tag (Elektrophile Substitution an Arenen)

    Prp. RG Versuch Seite 5 Indol-3-carbaldehyd 14 6 4-tert-Butyl-1,2-dimethylbenzol 16 7 1-(4-Chlorphenylazo)-2-naphthol 17 8 Bromierung von Benzaldehyd 20

    6. Tag (Oxidation und Reduktion)

    Prp. RG Versuch Seite 8 Dibenzylsulfon 21 9 5-Nonanol 22 9 Oxidation von Milchsure 24 10 Oxidation von Citronensure 25

    7. Tag (Aldehyde und Ketone)

    Prp. RG Versuch Seite 10 Cannizarro-Reaktion von Benzaldehyd 26 11 Triethylcarbinol 28

    11 Nachweis von Ald./Keton als Bisulfitadd. bw. Hydrazon 30 12 Herstellung von Aceton durch Oxidation und Nachweis 31

  • Versuchsbersicht 3

    8. Tag (Carbonsuren und Derivate)

    Prp. RG Versuch Seite 12 Cholsuremethylester 32 13 Glycinethylester-Hydrochlorid 33 14 Benzoesureamid 34 15 Herstellung von Kernseife 35

    13 Seifenwirkung 36 14 Surestrke 36

    9. Tag (Reaktionen C-H-acider Verbindungen)

    Prp. RG Versuch Seite 16 Benzalaceton 37 17 Zimtsure 40 18 Acetessigsure-ethylester 41 19 3-Piperidino-1-phenylpropan-1-on Hydrochlorid 44

    10.Tag (Amine, Aminosuren, Peptide)

    Prp. RG Versuch Seite 20 N-Benzylharnstoff 46 21 N-(p-Toluolsulfonyl)glycinethylester 47 22 Hippursure 48

    15 Basizitt von Aminen 49 16 Hinsberg-Trennung 49 17 Van Slyke Reaktion von Aminosuren 51 18 Ninhydrin-Nachweis 51 19 Ausfllen von Gelatine 52

    11. Tag (Kohlenhydrate)

    Prp. RG Versuch Seite 23 1,2,3,4,6-Penta-O-acetyl--D-glucopyranose 53

    20 Nachweisreaktionen Monosaccharide 54 21 Isomerisierung der Fructose (Nachweis) 55 22 Osazonbildung 55 23 Ascorbinsure als Reduktionsmittel 56 24 Jod-Strke-Reaktion 56

  • 1. Praktikumstag (Allgemeine Einfhrung) 4

    1. P r a k t i k u m s t a g

    Allgemeine apparative und methodische Einfhrung in die chemische Laboratoriumspraxis:

    Aufbau und Funktion von Glasapparaturen

    Funktion und Anwendung von Magnetrhrern, KPG-Rhrern, Heizbdern etc.

    Durchfhrung von Grundoperationen zur Reinigung und Trennung chemischer Verbindungen: Umkristallisation, Filtration, Destillation unter Normaldruck und im Vakuum, fraktionierende

    Destillation

    Dnnschichtchromatographie und ihre Bedeutung zur Reaktionskontrolle

    Arbeitssicherheit, Recycling, Entsorgung, Gefahrstoffverordnung; seminaristische Einfhrung durch den Gefahrstoffbeauftragten

    Allgemeiner Hinweis zum prparativen Arbeiten: Vor dem Beginn der prparativen Arbeiten mu man sich ber die Eigenschaften der verwendeten Verbindungen informieren. Hierzu dienen die Betriebsanweisungen zu den einzelnen Verbindungen, die im Anhang zusammengestellt sind. Diese Betriebsanweisungen sind zu beachten!

  • 2. Praktikumstag (Substitutionsreaktionen) 5

    2. P r a k t i k u m s t a g

    Prparat 1 : tert-Butylchlorid

    Thematik: Nucleophile Substitutionsreaktionen

    Zur Einfhrung: Latscha/Kazmaier/Klein (1) S. 127-136, Latscha/Kazmaier/Klein (2) S. 464-458.

    Halogenalkane gewinnt man aus Alkoholen durch Umsetzung mit konz. wssrigen Halogenwasserstoffsuren. Dabei luft ein Mehrstufen-Proze ab, bei dem (1) die OH-Funktion durch Protonierung in eine gute Abgangsgruppe umgewandelt wird und (2)/(3) an der protonierten OH-Funktion (als Alkyloxoniumion) SN-Reaktion durch Halogenid erfolgt:

    (CH3)3C OH + HX + X-(CH3)3C OH2

    +

    (CH3)3C OH2+ + H2O(CH3)3C+

    (CH3)3C+ + X- (CH3)3C X

    (1)

    (2)

    (3)

    Die tertire Edukt-Struktur und das protische, zur Wasserstoffbrcken-Bildung befhigte Reaktionsmedium begnstigen die Produkt-Bildung nach einem SN1-Mechanismus, bei dem im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt [(2), Heterolyse der C-O-Bindung im Alkyloxoniumion, Austritt von H2O als nucleofuger Gruppe] das tert-Butylkation als Zwischenstufe entsteht. Die mit SN-Reaktionen hufig konkurrierende Eliminierung (hier: sureinduzierte Dehydratisierung des tert-Butanols zu Isobuten) tritt unter den vorliegenden Reaktionbedingungen nicht ein. Reaktionsgleichung:

    Molekular- gewicht: Arbeitsvorschrift:

    Durchfhrung: In einem 500 ml Rundkolben mit Rckflukhler werden 18.5 g (0.25 mol) tert-Butylalkohol und 60 ml (ca. 0.75 mol) konz. Salzsure 30 min krftig gerhrt (Abzug!). Es bilden sich zwei Phasen. Aufarbeitung: Man trennt die Phasen, wscht die organische Phase (Prfen!) mit gesttigter NaHCO3-Lsung neutral, danach mit NaCl-Lsung und trocknet sie mit CaCl2).

  • 2. Praktikumstag (Substitutionsreaktionen) 6

    Reinigung: Nachfolgende Destillation unter Normaldruck ergibt 18.5 g (80%) des Chloralkans als farblose Flssigkeit vom Sdp.760 51C, nD20 = 1.3848. Es empfiehlt sich dabei, die Vorlage mit Eis zu khlen.

    Sammeln/Recycling : Das erhaltene Produkt wird als Edukt fr Prparat 6 eingesetzt und ist in einem dicht verschlossenen Gef aufzubewahren.

    Abflle : Ca. 100 ml Waschwasser (NaHCO3, NaCl). (unbedenklich) Entsorgung : ca. 60 ml stark saure wssrige Abflle (110105) (Abfallschlssel) Trockenmittel, Filterpapier (150299D1)

    Destillations-Vorlauf und -Rckstand (140102) Betriebsanweisung: siehe Seite 57 ff und 63 ff.

    RG 1: Verseifung von Bromethan

    Halogenalkane werden durch Lauge verhltnismig leicht unter Bildung der entsprechenden Alkohole verseift. Dagegen ist Halogen, das an einen aromatischen Rest gebunden ist, weit reaktionstrger.

    Man gebe zu 10 Tropfen Bromethan 3 ml methanolische Kalilauge und koche 2 Minuten (Siedestein !); es scheidet sich Kaliumbromid ab. Nun verdnne man mit etwas entionisiertem Wasser, um das Kaliumbromid zu lsen. Zur Identifizierung der gebildeten Bromid-Ionen wird mit verd. Salpetersure angesuert und mit Silbernitrat-Lsung versetzt; es fllt Silberbromid aus. Reaktionsgleichung:

    Molekular- gewicht:

  • 3. Praktikumstag (Ungesttigte Verbindungen, Additionen, Eliminierungen) 7

    3. P r a k t i k u m s t a g

    Prparat 2 : Brommaleinsure Thematik: Ungesttigte Verbindungen und ihre Reaktionen Zur Einfhrung: Latscha/Kazmaier/Klein (1) S. 61-87, Latscha/Kazmaier/Klein (2) S. 411-425 Reaktionsgleichung:

    Molekular- gewicht: Arbeitsvorschrift:

    Durchfhrung: In einem 100 ml Rundkolben mit Rckflusskhler werden 5.50 g (20.0 mmol) meso-Dibrombernsteinsure in 50 ml Wasser suspendiert und 3 h unter Rckflu erhitzt. Aufarbeitung: Nach dem Abkhlen extrahiert man die klare Lsung zweimal mit 50 ml Ether, sttigt die wssrige Phase mit Natriumchlorid und extrahiert erneut mit 50 ml Ether. Die vereinigten Etherextrakte werden 0.5 h ber MgSO4 getrocknet und das Solvens nach Abfiltrieren abdestilliert. Der Rckstand erstarrt kristallin; man bestimme Ausbeute und Schmelzpunkt des Rohprodukts Reinigung: Zum Umkristallisiere