Halogenalkane (Expertenwissen)

Halogenalkane (Expertenwissen) Übung

• Benenne folgende Verbindungen.

  Tipps

  Die Reihenfolge der Substituenten erfolgt alphabetisch.

  Lösung

  Die Benennung von Halogenalkanen erfolgt zunächst analog zur Benennung von Alkanen. Die Verbindung wird also zunächst nach Anzahl ihrer Kohlenstoffatome benannt.

  • 1 Kohlenstoffatom = Meth-
  • 2 Kohlenstoffatome = Eth-
  • 3 Kohlenstoffatome = Prop-
  • 4 Kohlenstoffatome = But-

  Danach schaust du dir an, an welchem Kohlenstoffatom die Substituenten hängen und schreibst die Nummer vor die Substituenten. Beginne immer an der Seite der Kette zu zählen, so dass die Zahlen möglichst klein sind.

  Nun musst du nur noch beachten, dass die Substituenten in alphabetischer Reihenfolge aufgeschrieben werden.

• Unterscheide $S_N1$ - und $S_N2$ - Reaktionen.

  Tipps

  Ein tertiäres Carbeniumion ist am stabilsten.

  Lösung

  Eine nukleophile Substitution kann nach zwei Mechanismen ablaufen. Einmal als eine Subsitution erster Ordnung $S_N~1$ und einmal zweiter Ordnung $S_N~2$.

  Bei einer Reaktion erster Ordnung bilden sich erst die Ionen, also $R^+$ und $Cl^-$, und dann bindet das Hydroxidion. Damit sich ein stabiles Carbenium-Ion $(R^+)$ bilden kann, benötigen wir ein tertiäres C-Atom, also ein C-Atom, das Bindunden zu 3 weiteren C-Atomen besitzt.

  Bei einer Reaktion zweiter Ordnung bindet erst das Hydroxidion am Halogenalkan, wodurch sich ein Übergangszustand bildet, und dann spaltet sich das $Cl^-$ ab. Diese Reaktion findet eher an einem primären C-Atom statt, da das Carbenium-Ion sehr instabil wäre.

• Bestimme die Reaktionsprodukte zu folgenden Edukten.

  Tipps

  Die ablaufende Reaktion ist eine Substitution. Das Chloratom am Halogenalkan wird ausgetauscht.

  Lösung

  Halogenalkane reagieren nach dem Mechanismus der nukleophilen Substitution. In diesen Beispielen wird also das Chloratom gegen einen anderen Substituenten ausgetauscht.

  • Die Reaktion mit einem Hydroxid führt zu einem Alkohol, da das Chloratom gegen -OH ausgetauscht wird.
  • Die Reaktion mit einem Alkoholat führt zu einem Ether. Das Chloratom wird gegen ein -OR ausgetauscht.
  • Die Reaktion mit einem anderen Halogenid führt zu einem Halogenaustausch. Das Chloratom wird gegen das andere Halogen ausgetauscht.

• Bestimme das entstehende Halogenalkan nach Markovnikov.

  Tipps

  In einem Alkan gibt es nur Einfachbindungen.

  Lösung

  1-Buten (Bild rechts) ist ein Alken bestehend aus 4 Kohlenstoffatomen und mit einer Doppelbindung zwischen den ersten beiden Kohlenstoffatomen. Reagiert das Buten mit Chlorwasserstoff, addiert sich dieses Molekül an die Doppelbindung. Im entstehenden Reaktionsprodukt liegen also nur noch Einfachbindungen vor. Das Chloratom bindet dabei nach Markovnikov an das mittelständige C-Atom und nicht an das Endständige.

  Die Umsetzung von Alkenen mit Halogenkohlenwasserstoffen ist eine gute Möglichkeit zur Darstellung von Halogenkohlenwasserstoffen, da sie wesentlich selektiver ist als die Umsetzung von Alkanen mit Halogenen.

• Nenne die physikalischen Eigenschaften von Halogenalkanen.

  Tipps

  Halogene lassen sich besser polarisieren als Wasserstoff.

  Halogenalkane sind gute lipophile Lösungsmittel.

  Lösung

  Halogenalkane sind wie auch die Alkane schlecht in Wasser löslich. Durch die Substitution von Wasserstoff gegen ein Halogen verstärken sich allerdings die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen, wodurch auch die Siedepunkte steigen. Grund ist die bessere Polarisierbarkeit des Halogens verglichen zum Wasserstoff. Halogenalkane sind damit meistens flüssig.

• Ordne die Verbindungen nach ihren Siedepunkten.

  Tipps

  Wie bei den Alkanen steigt der Siedepunkt mit zunehmender Kettenlänge.

  Lösung

  Genauso wie auch bei den Alkanen steigen die Siedepunkte der Moleküle, wenn die Kettenlänge und damit die van-der-Waals-Kräfte zunehmen. Allerdings steigen die Siedepunkte auch mit zunehmendem Substitutionsgrad. Grund dafür ist die bessere Polarisierbarkeit der Halogene verglichen mit Wasserstoff. Je mehr Wasserstoffatome also gegen Halogene ausgetauscht wurden, desto größer sind auch die Wechselwirkungen der Moleküle untereinander und damit die Siedepunkte.

  Auch die Art der Halogene ist entscheidend für die Siedetemperatur. Je größer die Halogene sind, desto größer ist auch die Polarisierbarkeit. Iodalkane haben also einen höheren Siedepunkt als Chloralkane.