Synthese von Benzylchlorid

Geräte:

Dreihalskolben, Gaseinleitungsrohr, Rückflusskühler, Gasentwicklungsapparatur, Quickfit mit Thermometer oder passendes Thermometer,
Destillationsmaterial, Gaswaschflaschen, je nach Verfügbarkeit: zusätzliche Quecksilberdampftauchlampe/Halogenstrahler/gewöhnliche Lampen

Chemikalien:

Trichlorisocyanursäure (N, O, Xn)


Salzsäure (C)


(bzw. andere Chemikalien zur Chlorgasentwicklung)

möglichst wasserfreies Toluol (F, Xn)


____________

Benzoylchlorid (C)


Chlor (N, T)



Hinweis:

Während der Reaktion entstehen größere Mengen an Chlorwasserstoff und Chlorgas! Daher wird dringend geraten im Abzug oder im Freien zu arbeiten, und
das entstehende Gas wenn möglich sofort zu neutralisieren.
Benzylchlorid steht unter Verdacht carcinogene Eigenschaften zu besitzen.
Benzylchlorid hydrolysiert unter dem Einfluss von Feuchtigkeit sehr schnell zu Benzylalkohol und großen Mengen Chlorwasserstoff, der die Augen zu Tränen reizen kann.
Generell ist also festzuhalten, dass jegliche Exposition mit Benzylchlorid zu meiden ist.

Durchführung:

Zuerst wird das Toluol vorgetrocknet. Dazu reicht eine einfache Destillation, bei der 5% des Vorlaufes verworfen werden.
Während des glatten Destillationsvorganges kann vorausarbeitend bereits ein Chlorgasentwickler (mit einer Gastrocknungswaschflasche (konzentrierte Schwefelsäure) und einer Rückschlagsicherung) aufgebaut werden, damit dieser dann nur noch an den Reaktionskolben angeschlossen
und in Gang gesetzt werden muss.
Der als Reaktionskolben dienende Dreihalskolben kann dabei gleich als Vorlage für das Toluol dienen, sodass ein unnötiges Umfüllen vermieden wird;
ansonsten wird das Toluol aus der Vorlage möglichst zügig in den Dreihalskolben gegeben.
Der befüllte Dreihalskolben wird mit einem Rückflusskühler, einem in das Toluol eintauchenden Gaseinleitungsrohr und einem Thermometer zur Sumpftemperaturmessung versehen.
Nun wird mit der Chlorgaseinleitung und Erhitzen des Kolbens begonnen.
Das Reaktionsgemisch beginnt zu sieden, das Sumpfthermometer zeigt zu Beginn noch annähernd den Siedepunkt von Toluol an,
ändert die Anzeige jedoch mit fortschreitender Gaseinleitung.
Dabei ist Geduld vonnöten, da das Thermometer mitunter nur sehr schleppend einen höheren Siedepunkt anzeigt (+1K in 10Min).
Die Reaktion kann beschleunigt werden, indem eine starke Lichtquelle auf den Kolben ausgerichtet wird.
Eine Sumpftemperatur von ca. 157°C ist anzustreben, darüber würde vermehrt α,α-Dichlortoluol entstehen, darunter würde man
Benzylchlorid in Form von nicht umgesetztem Toluol einbüßen.
Aus dem verbliebenen Sumpf wird nun, möglichst auch direkt wieder aus dem Dreihalskolben, das Benzylchlorid abdestilliert.
Dazu errichtet man eine Destillationsanlage, z.B. mit Liebigkühler, wobei NICHT mit Wasser gekühlt wird, oder eine Vakuumdestille.
Im Falle einer Destillation bei Normaldruck wird ein Heizbad eingerichtet und dieses erhitzt.
Die bei <177°C übergehenden Teilfraktionen werden verworfen und nur die bei 177-180°C siedende Benzylchloridfraktion aufgefangen.
Nachdem die Menge übergehenden Benzylchlorids nachlässt und die Kopftemperatur sich aus dem 180°C-Bereich nach oben hin bewegt wird die Heizung abgeschaltet. Der Sumpf sollte nicht zur Trockene abdestilliert werden.
Reste im Sumpf sind beispielsweise α,α-Dichlortoluol und α,α,α-Trichlortoluol, deren Menge sich jedoch bei besagter Chloreinleitung in Grenzen hält.
Die Vorlage wird abgenommen und möglichst schnell im Abzug in das Aufbewahrungsgefäß umgefüllt.
Der Rest der Anlage wird teilweise auseinandergebaut und schnellstmöglich im Abzug in ein Wasserbad mit Ammoniaklösung gegeben in der die Geräte
über Nacht verweilen können, sodass anhaftendes Benzylchlorid hydrolysiert.
Es ist zu bemerken, dass Benzylchlorid erstaunlich gut an sämtlichen Geräten (auch an Handschuhen!) anhaftet und dort einen charakeristischen Geruch von sich gibt. Daher sind alle Geräte die mit Benzylchlorid in Kontakt kamen nach Gebrauch gründlich zu reinigen!

Entsorgung:

Theoretisch sind alle entstehenden Substanzen recht gut abbaubar, jedoch wird empfohlen Benzylchlorid im alkalischen zu hydrolysieren und dann verdünnt über das Abwasser zu entsorgen.
Chlorwasserstoffgas/Salzsäure werden neutralisiert und verdünnt über das Abwasser entsorgt.

Erklärung:

Es findet eine radikalische Substitution an der Seitenkette des Benzolringes des Toluols statt.
Diese erfolgt gemäß der SSS-Regel ('Sonne, Siedehitze, Seitenkette') und folgt dem Schema einer Kettenreaktion.

Zuerst wird das Chlormolekül, unter der Bildung von 2 Chlorradikalen, durch den Einfluss von Licht homolytisch dissoziiert/radikalisiert:


Ein Chlorradikal erzeugt eine Radikalisierung an der Methylgruppe des Toluols und startet somit die Kette:


Das entstandene Radikal pflanzt sich nun fort:


Bis es zu einem Kettenabbruch kommt.
Beispielsweise:


Bilder:


Destillationsapparatur zur Vorbereitung des Toluols (130,5 g vorgetrocknetes Toluol in die Vorlage destilliert)


Reaktionsgemisch mit beigestelltem 500 W-Halogenstrahler (Chlorgaseinleitung im Überschuss, bis θ_soll erreicht)


Das abdestillierte Produkt (97,05 g). Benzylchlorid bricht das Licht sichtlich stark, ähnlich Benzol/Xylol.
In kälterer Umgebung wurde es leicht trübe. Hier bei Raumtemperatur ist es wieder glasklar.

Ausbeute: 54% d.Th.