Reaktion von Alkoholen
Ether
Ether sind in der organischen Chemie zwei Reste, welche über ein zentrales Sauerstoffatom verbunden sind.
Merke
Allgemeine Form: R1– O – R2
Eigenschaften:
- Flüchtig, geringere Dichte, nicht wasserlöslich
- Siedepunkte niedriger als bei Alkoholen
- Oxidation durch starke Säuren
- Entzündlich
- Organisches Lösungsmittel
- Explosiv: Bildung von Peroxiden
- Narkotisierende Wirkung auf den Menschen
Bildungsreaktionen
Generell erfolgt die Bildung aus zwei Alkoholen, die katalysiert unter Wasserabspaltung miteinander reagieren.
- William-Ether-Synthese: Austausch nach dem SN2-Mechanismus, darüber Bildung eines Ethers
- Meerwein-Reaktion: Schwefelsäuren-katalysiert, Deprotonierung und Nucleophiler Angriff
Nucleophile Substitution SN-Reaktion
Die nucleophile Substitution ist eine typische Synthesereaktion für Alkanole.
Es wird dabei in einem Molekül eine nucleophile-negative Gruppe (Lewis-Base) durch eine andere substituiert wird. Man unterscheidet dabei zwei Formen: SN1 und die SN2.
Bei der SN1-Reaktion wird zuerst die eine Gruppe abgespalten, dann die neue Gruppe angelagert wohingegen bei der SN2- Reaktion beide Teilreaktionen (Anlagerung und Abspaltung) parallel zueinander verlaufen. Ein "fünfbindiger" Übergangszustand kennzeichnet diesen Reaktionsverlauf.
Die SN1 ist eine Reaktion erster Ordnung, dies bedeutet nur die Konzentration eines Eduktes sind an der Reaktionsgeschwindigkeit (RG) beteiligt. Die SN2-Reaktion hingegen ist eine Reaktion zweiter Ordnung, da zwei Teilchen die RG wesentlich beeinflussen.
SN1-Reaktion = Synchron-Mechanismus
Es erfolgt die Abspaltung eines Halogenid-Ions unter Bildung eines Carbokation-Ions als Zwischenstufe.
Der erste Reaktionsschritt ist monomolekular, und da er der langsamste und somit geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist, verläuft die Gesamtreaktion nach einem Geschwindigkeitsgesetz 1. Ordnung.
Das Halogenalkan dissoziiert zu Ionen in einem Lösungsmittel. Polare, stark solvatisierende Lösungsmittel und tiefe Temperaturen fördern exotherme Ionenbildung und fördern so die Reaktion.
Es bilden sich Kationen (Carbokation-Verbindung) und Anionen (Halogenid). Daraufhin erfolgt ein „Abfang“ der Kationen durch zugeführten anderen Nucleophile (Anionen).
Die Gewinnung von Alkohol aus Halogenalkanen in einem basischen Milieu erfolgt nach der SN1-Reaktion, Austausch des Halogenides durch ein Hydroxid-Ion.
OH- + (CH3)3C-Cl → [Solvens] → (CH3)3C+ + Cl- → (CH3)3C-OH + Cl-
SN2-Reaktion
Die SN2- Reaktion erfolgt ähnlich der SN1, doch sie kennzeichnet sich vor allem dadurch aus, dass zwei Teilchen wesentlich die RG beeinflussen und sich ein kurzer Übergangszustand ausbildet.
Generell findet diese Reaktion eher bei Alkanen statt, welche 3 oder 2 Wasserstoffatome zur Verfügung haben.
CH3-CH2-Br → [Nu-] → Übergangszustand [ CH3-CH2+(Br-)(Nu-)] → CH3-CH2-Nu + Br-
Das Nucleophil greift in diesem Beispiel am Halogenalkan an und geht dabei in einen Übergangszustand mit fünf Substituenten am zentralen Kohlenstoffatom über.
Hier findet kurzzeitig molekulare Schwingung (Mesomerie) statt.
An beiden Seiten des gebildeten positiv geladenen C-Atoms liegt eine Elektronendichte vor; die Bindung klappt zu dem elektronegativeren Partner um (Nucleophil muss entsprechend zu dem Halogenid gewählt werden) und das Nu- tritt anstelle des X (Halogenides).
Diese Instabilität der Bindung durch das gebildete Elektronensextett ist ein weiteres Charakteristikum dieser Reaktion.
Einflussnahme durch Konzentrationsänderung:
- Verdopplung einer der Konzentrationen bewirkt eine doppelt so schnelle
Reaktionsgeschwindigkeit, hängt von Alkylhalogenid und Nucleophil ab!
- Senken der Konzentration auf ein zehntel, Iod auf ein hundertstel folgt: Verlangsamung
um den Faktor Tausend (1/10 * 1/100)