Aufgabe 2.5 · Abitur Hessen Chemie LK 2022

Formulieren Sie für Reaktion A der Alkylierung (Material 4) eine Reaktionsgleichung.

Lösung: $\text{H-C}\equiv\text{C-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3 + \text{NH}_2^- \rightarrow \text{NH}_3 + ^-\text{C}\equiv\text{C-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3$ (in Strukturformeln: Pent-1-in + Amid-Ion $\rightarrow$ Ammoniak + Pent-1-in-1-id-Anion)

Begründen Sie, nach welchem Mechanismus Reaktion B wahrscheinlich abläuft bzw. nicht abläuft.

Lösung: Die Reaktion verläuft nach dem $\text{S}_\text{N}2$-Mechanismus. Brommethan besitzt ein sterisch völlig ungehindertes primäres Kohlenstoffatom (Methyl-C-Atom). Ein rückseitiger nukleophiler Angriff unter Ausbildung eines fünffach koordinierten Übergangszustands kann daher ungehindert stattfinden. Ein $\text{S}_\text{N}1$-Mechanismus läuft nicht ab, da ein Methyl-Kation energetisch extrem instabil ist, da keine Alkylgruppen vorhanden sind, die es durch einen $+I$-Effekt stabilisieren könnten.

Formulieren Sie den Reaktionsmechanismus für Reaktion B.

Lösung: 1. Nukleophiler Rückseitenangriff des Pent-1-in-1-id-Anions (am negativ geladenen C-Atom mit freiem Elektronenpaar) auf das partiell positiv geladene Kohlenstoffatom von Brommethan ($\text{CH}_3\text{Br}$). 2. Ausbildung eines pentakoordinierten Übergangszustands mit fünf Substituenten am zentralen Kohlenstoffatom (trigonale Bipyramide, partielle Bindungen zu Alkinid und Bromid sowie Partialladungen $\delta^-$ an beiden). 3. Austritt des Bromid-Ions ($\text{Br}^-$) als Abgangsgruppe unter Bildung von Hept-3-in (bzw. Hex-2-in/Hept-3-in je nach Alkylkette).

Formulieren Sie für Reaktion A der Alkylierung (Material 4) eine Reaktionsgleichung. / Formulieren Sie den Reaktionsmechanismus für Reaktion B.

Lösung: Reaktion A: Lewis-Struktur von Pent-1-in (H-C≡C-CH2-CH2-CH3) reagiert mit Amid-Ion (:NH2⁻) unter Deprotonierung des terminalen Alkin-C-Atoms zum Pent-1-in-1-id-Anion (⁻:C≡C-CH2-CH2-CH3) und gasförmigem Ammoniak (:NH3). Reaktion B: SN2-Mechanismus mit rückseitigem nukleophilem Angriff des Pentinid-Ions auf das partiell positiv geladene Methylkohlenstoffatom von Brommethan (H3C-Br), Bildung eines fünffach koordinierten Übergangszustands [C3H7-C≡C···CH3···Br]⁻-‡ und Abspaltung des Bromid-Ions unter Inversion/Bildung der C-C-Bindung zu Hex-2-in (bzw. bei Bromethan zu Hept-3-in).