1,3,5-trietüülbenseeni süntees lähtudes bromoetaanist (0)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL
Matemaatika- ja loodusteaduskond
Keemiainstituut
Orgaanilise keemia õppetool
1,3,5-trietüülbenseeni süntees lähtudes bromoetaanist
Orgaanilise keemia II praktikumi lõputöö
Üliõpilane: Meelika Lukner
Üliõpilaskood: 155308 YASB21
Juhendaja : assistent Marju Laasik

1. Kirjanduslik osa

1.1.Sissejuhatus

Antud töös sünteesitakse 1,3,5-trietüülbenseeni lähtudes bromoetaanist. Sünteesitakse esmalt bromoetaan etanooli bromeerimise kaudu ning seejärel, kasutades Friedel-Craftsi meetodit, sünteesitakse 1,3,5-trietüülbenseen.

1.2.Reaktsioonide iseloomustus

Bromoetaani sünteesiks lisatakse etanoolile tahke kaaliumbromiidi ja vee segu. Reaktsiooni aktiveerimiseks lisatakse väävelhapet, mis on prootoni doonoriks. Väävelhappe reageerimisel kaaliumbromiidiga tekib vesinikbromiid, mille reageerimisel etanooliga saadakse bromoetaan.
1,3,5-trietüüli süntees viiakse läbi Friedel-Craftsi meetodiga. Selleks võetakse sünteesitud bromoetaan ja lisatakse sellele benseen ja alumiiniumkloriid . Alumiiniumkloriid on antud reaktsioonis katalüsaatoriks ning seab bromoetaanis endaga halogeeni. Prootonid benseenist seotakse ning annavad sideme kaksiksideme moodustamiseks benseenituumas. Moodustuvad vesinikhalogeenid .

1.3.Lähteained ja saadused ning nende füüsikaliste konstantide tabelid

Bromoetaan
Aine
Molekulmass
Tihedus
Keemis-täpp
Sulamis-täpp
Lahustuvus vees
Lahustuvus orgaanikas
Etanool
46 g/mol
0,789 g/cm3
78 oC
-114 oC
Seguneb
Lahustub
Kaaliumbromiid
119 g/mol
2,74 g/cm3
1435oC
734 oC
Lahustub
Alkoholis, amiinides
Väävelhape
98 g/mol
1,84 g/cm3
337oC
10 oC
Seguneb
Alkeenid, hapnikku ja lämmastikku sisaldavad ühendid
Bromoetaan
109 g/mol
1,46 g/cm3
38oC
-120 oC
Praktiliselt ml
Seguneb etanoolis , eetris
1,3,5-trietüülbenseen
Aine
Molekul-mass
Tihedus
Keemis-täpp
Sulamis-täpp
Lahustuvus vees
Lahustuvus orgaanikas
Bromoetaan
109 g/mol
1,46 g/cm3
38oC
-120 oC
Praktiliselt ml
Seguneb etanoolis, eetris
vv AlCl3
133,34 g/mol
2,48 g/cm3
192,4 oC
Lahustub
Lahustub etanoolis, kloroformis
Benseen
78,11 g/mol
0, 8765 g/cm3
80,1 oC
5,53 oC
Väga vähe lahustuv
Lahustub alkoholis, dietüüleetris, atsetoonis
HCl (g)
36,46 g/mol
1,49 g/dm3
-85,05 oC
-114,22 oC
Lahustub
Lahustub metanoolis, etanoolis, eetris
1,3,5-trietüülbenseen
162,27 g/mol
0,862 g/cm3
215 oC
Lahustub alkoholis, eetris

1.4.Töö käik

Bromoetaan
Panen kahekaelalisse kolbi KBr, etanooli ja 10 ml vett. Ühendan kolvi rektifikatsioonikolonni ja tilklehtriga. Rektifikatsioonikolonni otsa ühendan voolikuga lehtri, mis on asetatud NaOH lahuse kohale juhuks, kui reaktsiooni käigus peaks kolonni peast eralduma gaasilist HBr. Sulen kolonni peas oleva klapi ja hakkan kolbi ettevaatlikult kuumutama elektrilises kuumutspesas. Teen valmis väävelhappe lahjenduse (75 ml väävelhapet ja 15 ml vett) ning lisan selle tilklehtrisse. Algul lisan ¼ happest kiiresti ja seejärel hakkan lisama seda tilkhaaval. Kui kolonn on nö. töörežiimis ja temperatuur on alla 42oC, avan klapi kolonni peas ja kogun destillaadi väikesesse kolbi. Bromoetaani aurumiskadude vältimiseks lisan kolbi väikese koguse jääd. Pesen rektifikaati jaotuslehtris kaks korda veega ja kuivatan kaltsiumkloriidiga. Rektifitseerin lõplikult 100 ml kuivast ümbarkolvist ja kogun fraktsiooni temperatuuril 36-40 oC. Saagis on ca 70% teoreetilisest.
1,3,5-trietüülbenseen
Võtan 250 ml kolmekaelalise kolvi, mis on varustatud seguri, jahuti (jahuti otsa on pandud voolik lehtriga, mis on juhitud NaOH lahusesse) ja tilklehtriga ning asub jäävannil, ja viin sinna veevaba AlCl3. Seejärel lisan bromoetaani ja jälgin segu moodustumist pastataoliseks massiks. Lisan benseeni ja veel bromoetaani samal ajal jälgides, et segu oleks umbes -5 oC juures. Vajadusel lisan jäävannile NaCl. Segu võib jätta üleöö seisma või soojendada ettevaatlikult. Valan segu jää (ca 75 ml) ja kontsentreeritud HCl (ca 5 ml) segusse . Lisan veel ca 25 ml jääd ja valan vedelad kihid jaotuslehtrisse. Orgaanikakiht on oranž. Pesen seda 2 korda 50 ml 2N Na2CO3-ga (see on umbes sama, mis 10%-line) ja 3 korda 50 ml veega. Kuivatan veevaba CaCl2. Destilleerin vaakumis temperatuuridel 110-112 oC/20 mm Hg. Saagis on ca 80% teoreetilisest.

2.Praktiline osa

2.1.Reaktsioonivõrrandid

Bromoetaan – nukleofiilne asendusreaktsioon SN2 mehhanismi järgi
I etapp: H2SO4 + KBr → KHSO4 + HBr
II etapp:
1,3,5-trietüülbenseen – alküleerimine Friedel-Craftsi järgi

2.2.Aparatuuride skeemid

Bromoetaan
Rektifikatsioonikolonn
Ekstraktsiooniseade
Lihtdestillatsiooniseade
1,3,5-trietüülbenseen
Sünteesiseade
Ekstraktsiooniseade
Vaakumdestillatsiooniseade

2.3.Ainehulgad ja arvutused

Bromoetaan
Aine
Hulk ml
Hulk g
Hulk moolides
Aine liig moolides
Etanool
40,56 ml
32 g
0,70 mol
0,20 mol
Kaaliumbromiid
21,90 ml
60 g
0,50 mol
Limiteeriv
Väävelhape
75 ml
138 g
1,41 mol
0,91 mol
Teoreetiline saagis:
m = 109 g/mol × 0,50 mol = 54,5 g
V =
= 37,33 ml
Saagis kirjanduse alusel:
70% teoreetilisest ehk m = 54,5 g × 0,7 = 38,15 g
V = 37,33 ml × 0,7 = 26,13 ml
1,3,5-trietüülbenseen
Aine
Hulk ml
Hulk g
Hulk moolides
Aine liig moolides
vv AlCl3
26,7 g
0,20 mol
0,1 mol
Bromoetaan
16,09 ml
23,5 g
0,22 mol
0,12 mol
Benseen
8,90 ml
7,8 g
0,10 mol
Limiteeriv
Teoreetiline saagis:
m = 162,27 g/mol × 0,10 mol = 16,23 g
V =
= 18,82 ml
Saagis kirjanduse alusel:
80% teoreetilisest ehk m = 16,23 g × 0,8 = 13,00 g
V = 18,82 ml × 0,8 = 15,06 ml

2.4.Märkused töö käigus (kõrvalekalded eeskirjast)

• Bromoetaani sünteesil ei viinud viimase etapina läbi mitte rektifikatsiooni, vaid lihtdestillatsiooni, et kättesaadavat ainet rohkem oleks.
  
• 1,3,5-trietüülbenseeni sünteesil võtsin bromoetaani laborist juurde (20,43 g), kuna enda sünteesitud bromoetaanist jäi väheks.
  
• 1,3,5-trietüülbenseeni sünteesi käigus ei tekkinud ekstraheerimisel selgelt eristuvat oranži orgaanikakihti, kuna jäävett oli väga palju ja ainet vähe. Seega ekstraheerisin diklorometaaniga.
  
• Kogusin 1,3,5-trietüülbenseeni fraktsiooni vaakumdestillatsioonil madalamal temperatuuril, kui eeskirjas antud oli, kuna võis eeldada, et baromeeter ei näita korrektset rõhku.
  

2.5.Saagis ja produkti iseloomustus (analüüsi tulemused)

Bromoetaani saagis oli 13,07 g, mis on 34,3% literatuursest. Aine oli värvitu ja kees temperatuurdel 38-40oC.
1,3,5-trietüülbenseeni saagis oli 3,97 g, mis on 30,5% literatuursest. Aine oli värvitu ja kees vaakumis ca 20 mm Hg temperatuuridel 83-88oC.

3.Kokkuvõte

Kokkuvõttes õnnestus 1,3,5-trietüülbenseeni süntees edukalt.

4.Kasutatud kirjandus

Eeskirjad ja reaktsioonimehhanismid:
Kanger , T., Laasik, M. (2009). Orgaanilise keemia praktikum . Laboratoorsed tööd I. Tallinn: TTÜ.
Lopp , M. (2006). Orgaanilise keemia praktikum. Orgaaniliste ühendite keemilised reaktsioonid ja nende mehhanismid . Tallinn: TTÜ.
Agronomov, A.E., Šabarov, J.S. (1974). Orgaanilised tööd.
http://www.chemguide.co.uk/organicprops/haloalkanes/making.html
http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/friedel-crafts-alkylation.sht m
Aparatuuri jooniste koostamisel kasutasin ChemDoodle’it ( https://www.chemdoodle.com/ )’
Füüsikalised konstandid:
https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_chloride
https://en.wikipedia.org/wiki/Sulfuric_acid
https://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol
https://en.wikipedia.org/wiki/Potassium_bromide
https://en.wikipedia.org/wiki/Bromoethane
https://en.wikipedia.org/wiki/Benzene
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_chloride
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/90367?lang=en®ion=EE
http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/friedel-crafts-alkylation.sht m
Tallinn 2016