Bromination

Report 72 Downloads 230 Views
Chemistry 212

Fall 2013

Experiment 5: Bromination – Evaluation Summary  Last Name:

First Name:

Date:

Lab Day/TA/Group:

Labs reports must be typed and chemical structures must be drawn with ChemDraw. Report must  not exceed five pages (including this page). Page limit does not include any attached spectra. ** Deductions for hand written report/structures and exceeding page limit ** Report Breakdown Intro/Results: _________________ /10 Discussion:

_________________ /10

Report Total:

_________________ /20

Other Lab Marks Performance:

_________________ /6

Prelab Quiz:

_________________ /3

TA Comments on Report/Performance

Report assessment  TA (name):

TA (signature):

Performance assessment TA (name):

TA (signature):

1 of 5

Experiment 5: Bromination – Lab Report Guidelines Include the following in your report (in the following order, use provided table): 1. Title, Date, Your Name, Your Day/Time/TA 2. Objective: (1 mark) What is the purpose of this experiment? The purpose of this experiment is to compare the bromination products of alkene and  aromatic compound and the mechanism by which they proceed. The active ingredient for  both experiments is the same (elemental bromine) but the products are obtained through  different mechanisms. 3. Introduction: (2 marks) Brief description of the concept/reaction studied – bromination reactions of alkenes and  aromatic compounds – and why it is important Bromination of alkenes proceeds through an electrophilic addition reaction where a temporary  dipole is induced on the bromine molecule as it approaches the double bond of the alkene. An  intermediate is formed where one of the bromine molecule is partially bonded to both carbons on  the double bond and the electron pair on the Br­Br bond is heterolytically given to the other  bromine atom, which forms a bromide ion. This intermediate means that there is no true  carbocation. The bromide ion then attacks from the opposite side to which the initial bromine  atom is bonded because of steric hindrance. Thus we get an anti product. This reaction is  important because it produces a product that can be used as a starting material for various  reactions, such as systhesis of alkynes. Bromination of aromatic compounds proceeds through electrophilic substitution reaction. As the  substituent on bromine is an activating group no catalyst is required. The bromine molecule  approaches the benzene ring and a dipole is induced. An electron pair is transferred to the del  positive bromine atom and the Br­Br bond breaks to give Br­. The addition of bromine leaves the  benzene ring positively charged. The Br­ then comes and removes a hydrogen from the carbon to  which the bromine was bonded and this restores the electron cloud of benzene. This is an  important reaction because, again, the product can be used as intermediate for organin synthesis  as well as producing drugs such as aspirin etc. 4. Reaction Equation: (2 marks) Equation and data [molar mass, concentration, density, volume, mass, moles, etc – as  appropriate – including theoretical yield] for reactants and products

2

Chemistry 212

Materials E­stilbene Pyridinum  Tribromide Ethanol Acetanilide Sodium Bromide Galacial Acetic  Acid Sodium  Hydroxide Stilbene  Dibromide Bromoacetanilide Bleach Sodium  Thiosulphate

Fall 2013

Molar  Mass/g 180.25 319

Quantity

Density/  (g/mL)

Moles/  mmol 1.11 1.25

46 135 103 60

5ml .5g .9g 2.5mL

.789 1.05

85.8 3.70 8.73 43.7

40

6.5mL

2.13

26.6

.2g .4g

339 214 74.4 158

Theoretical  yield/g

0.38 7mL .8mL

1.08 1.66

101.6 8.4

0.79

5. Procedure: (2 marks) Summary of lab procedure – what YOU did, include KEY observations – be concise! Experiment 1­ Mixed the required amounts of E­stilbene and Ethanol in erlenmeyer and gently heated with a  stir bar. After E­stilbene dissolved added  0.4 g pyridinum tribromide, using ethanol to rinse the  3 of 5

sides. Heated the flask again for 5 mins, cooled it, and placed it in ice bath to obtain the product,  which was pale yellow in color at this stage. Carried out vaccum filtration to obtain white  crystals of product. Dried it, weighed it and took melting point. Experiment 2­ Added the required amounts of Acetanilide, sodium bromide, ethanol and acetic acid in an  erlenmeyer in the fume hood. Placed a stir bar in flask and closed the opening with a cotton plug.  Placed the flask in ice bath on the bench. Left it for 5­10 mins. The solution turned yellow.  Removed plug to add 7mL bleach, and a pale yellow precipitate was formed. Removed flask  from icebath can warmed to room temperature. Added 0.8mL sodium thiosulphate and 0.5 mL  NaOH, a white precipitate was formed. Collected product by vaccum filtration, dried, weighed  and took melting point of crude. Carried out recrystallizzation of crude with 50­50 ethanol/water.  Vaccum filtered to obtain product, dried, weighed and took melting point of purified product. 6. Results: (3 marks) a.  Table 1 : Yield and Physical Properties  Dibromostilbene

Bromoacetanilide (crude/pure)

Yield (g)

.31g

Crude=.62g, Pure= .58g

Yield (%)

82

Crude yield= 78, pure yield=73

White crystals

White crystals, both

238­240

Crude=157­159; Pure= 163­165

Appearance Melting Point Recovery (%)

94

7. Discussion: (10 marks) a.  Discussion of Yields  – crude, purified, % recovery – why less than 100%? Crude: The reaction might not have reached completion Purified:  Recovery: All of the product might not have recrystallized. Also, the mass of the crude  was pure product + impurities so after the impurities was removed the mass of pure  product had to be less than  the crude. 100% recovery would mean no impurities was  present. b.  Discussion of Physical Properties  – evidence for correct product  i. Analysis of Melting Point – pure/impure? The melting point of the product of the first experiment was 238­240°C and the  melting point of stilbene bromide is 238­240 °C. As the two melting temperatures  coincide the product obtained pure The melting point of the initial product of reaction 2 was 157­159°C where was the  melting point of Bromo acetanilide is 165­169°C. This shows that the product obtained  was impure. After recrystallization the melting point of the product was 163­165°C,  this is a range closer to the actual melting point of bromoacetanilide, so this was a  more pure product. 4

Chemistry 212

c.

Fall 2013

 Mechanisms  – detailed mechanism for each bromination reaction Experiment 1­

Experiment 2­

d.

 Discussion Questions  –  i. Comment on the stereoselectivity of the bromination of E­stilbene (assign  stereochemistry of dibromo product, why selective?, is this molecule chiral?) Bromine is added to E­stilbene to form an  anti product. This happens because no true  carbocation is formed in the reaction, instead we have an intermediate where one of  the bromine atom is partially bonded to both carbon atoms of the double bond. This  prevent and bond rotation around the C­C bond. The steric hindrance prevents the Br­ 

5 of 5

from being added to the same side as the first bromine atom. So the bromination  process is stereoselective. The product formed is chiral. ii. Comment on the regioselectivity of the bromination of acetanilide (assign  regiochemistry of bromo product ­ ortho/meta/para, why selective?) The regiochemistry of the product is para. The substituent present on the benzene ring  has a nitrogen right next to the carbon of the benzene. The lone pain of the nitrogen  can delocalize over the benzene ring and activate it. An activating group is ortho/para  directing because the carbocation formed by this arrangement gives the most stabilized  resonance structures. Here we get majority of the para product because there is steric  hindrance in the ortho position as the substituent is a large group.  iii. Why do we use alternative brominating agents in this experiment?  Aqueous bromine is highly toxic and very volatile so alternative source has to be                used  for safety reasons.

6