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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:N-BuLi Structural Formula V.1.svg|200px|Strukturformel von ''n''-Butyllithium]]
| Andere Namen = * ''n''-Butyllithium
* BuLi
* ''n''-BuLi
* Lithiumbutyl
| Summenformel = C4H9Li
| CAS = {{CASRN|109-72-8}}
| EG-Nummer = 203-698-7
| ECHA-ID = 100.003.363
| PubChem = 61028
| ChemSpider = 10254339
| Beschreibung = farblose Flüssigkeit, kommerziell erhältliches ''n''-Butyllithium ist oft gelblich<ref name="GESTIS">{{GESTIS|ZVG=30870|CAS=109-72-8|Name=Butyllithium|Abruf=2021-10-31}}</ref><ref name="Ullmann">''Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry.'' 6. Auflage. 2002.</ref>
| Molare Masse = 64,05 [[Gramm|g]]·[[mol]]−1
| Aggregat = flüssig
| Dichte =
| Schmelzpunkt = −34 °C (Hexamer)<ref name="Kottke">T. Kottke, D. Stalke: ''Strukturen der klassischen Synthesereagentien (nBuLi)6 und (tBuLi)4 sowie vom metastabilen (tBuLi·Et2O)2.'' In: ''[[Angew. Chem.]]'' 105, 1993, S. 619–621, [[doi:10.1002/ange.19931050433]].</ref>
| Siedepunkt =
| Dampfdruck =
| Löslichkeit = * reagiert heftig mit Wasser<ref name="GESTIS" />
* löslich in vielen [[Alkane]]n und [[Cycloalkane]]n<ref>{{RömppOnline|ID=RD-02-03195|Name=Butyllithium|Abruf=2014-05-05}}</ref>
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS" />
| GHS-Piktogramme = für die 11 [[Molarität|M]] Lösung in [[n-Hexan|''n''-Hexan]]<ref name="LM">Teile der Gefahrstoffkennzeichnung beziehen sich auf die Gefahren, die durch das Lösungsmittel verursacht werden.</ref> {{GHS-Piktogramme|02|05|07|08|09}}
| GHS-Signalwort = Gefahr
| H = {{H-Sätze|225|250|260|304|314|336|361f|373|411}}
| EUH = {{EUH-Sätze|014}}
| P = {{P-Sätze|210|231+232|280|301+310+331|301+330+331|303+361+353|305+351+338+310|370+378}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />
}}

Unter '''Butyllithium''' versteht man in der Regel '''''n''-Butyllithium''' (''n''-BuLi), eine [[Metallorganische Chemie|metallorganische]] Verbindung des [[Chemisches Element|Elements]] [[Lithium]] ([[Organolithium-Verbindung]]). Daneben gibt es noch die [[isomer]]en Formen [[Sec-Butyllithium|''sec''-Butyllithium]] und [[Tert-Butyllithium|''tert''-Butyllithium]].

== Gewinnung und Darstellung ==
Die [[Synthese (Chemie)|Synthese]] erfolgt analog zur Herstellung von [[Grignard-Verbindung]]en durch Reaktion von [[1-Chlorbutan]] mit [[Chemisches Element|elementarem]] [[Lithium]] in Diethylether.<ref>K. Ziegler, H. Colonius: ''Untersuchungen über alkali-organische Verbindungen. V. Eine bequeme Synthese einfacher Lithiumalkyle.'' In: ''[[Liebigs Annalen|Justus Liebigs Ann. Chem.]]'' 479, 1930, S. 135–149, [[doi:10.1002/jlac.19304790111]].</ref> Statt Chlorbutan kann auch 1-Brombutan verwendet werden.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Hu Li |Titel=n-Butyllithium |Sammelwerk=Synlett |Band=23 |Nummer=09 |Datum=2012-06 |DOI=10.1055/s-0031-1290685 |Seiten=1407–1408 }}</ref>
:<math>\mathrm{2 \ Li + C_4H_9Cl \longrightarrow LiC_4H_9 + LiCl}</math>

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
[[Datei:N-butyllithium-tetramer-3D-balls.png|links|mini|Tetramer des ''n''-BuLis]]
''n''-Butyllithium ist eine sehr starke [[Base (Chemie)|Base]]. Die [[Basizität]] der isomeren Butyllithiumverbindungen nimmt in der Reihe ''n''-Butyllithium < ''sec''-Butyllithium < ''tert''-Butyllithium zu. Durch die große [[Elektronegativität]]sdifferenz zwischen [[Kohlenstoff]] (2,55) und [[Lithium]] (0,98) ist die [[Chemische Bindung|Bindung]] zwischen C und Li stark polarisiert. Aufgrund der Reaktionen von ''n''-BuLi könnte man davon ausgehen, dass sich ''n''-BuLi aus dem Butyl[[anion]] und dem Lithium[[kation]] zusammensetzt, also eine [[Ionenbindung]] besitzt. Diese Annahme ist jedoch falsch, denn ''n''-BuLi ist nicht ionisch. Als Feststoff und sogar als [[Lösung (Chemie)|Lösung]] existiert ''n''-BuLi, wie die meisten Organolithiumverbindungen, als Molekülgruppen mit [[Kovalente Bindung|kovalenten Bindungen]] zwischen Lithium und Kohlenstoff. Für den Reinstoff wurde [[Massenspektrometrie|massenspektrometrisch]] eine Hexamerstruktur nachgewiesen.<ref name="Plavsic">D. Plavsic, D. Srzic, L. Klasinc: ''Mass spectrometric investigations of alkyllithium compounds in the gas phase.'' In: ''[[J. Phys. Chem.]]'' 90, 1986, S. 2075–2080, [[doi:10.1021/j100401a020]].</ref> In unpolaren Lösungsmitteln wie [[Cyclohexan]] ist ''n''-BuLi hexamerisch, in [[Ether]] ist es tetramerisch angeordnet.

=== Chemische Eigenschaften ===
Reines ''n''-Butyllithium ist eine [[pyrophor]]e farblose Flüssigkeit, entzündet sich also in Gegenwart von [[Sauerstoff]] selbst. Es ist daher im Handel als (meist leicht gelbe) Lösung erhältlich, die zudem unter [[Inertgas]] aufbewahrt werden muss,<ref name="Ullmann" /> wobei [[Stoffmengenkonzentration|Konzentrationen]] von 1,6 bis 11 [[Molarität|mol/l]] in [[N-Hexan|''n''-Hexan]] üblich sind.

Als Lösungsmittel verwendete [[Ether]] wie [[Tetrahydrofuran|THF]] oder [[Diethylether]] sind als Lagerlösungsmittel für ''n''-BuLi ungeeignet, da sie langsam zersetzt würden. Die Halbwertszeit von ''n''-BuLi in THF bei 0 °C mit Deaggregierungsadditiv TMEDA ([[Tetramethylethylendiamin]]) beträgt nur 38 Minuten.<ref>P. Stanetty, H. Koller, M. Mihovilovic: ''Directed ortho lithiation of phenylcarbamic acid 1,1-dimethylethyl ester (N-BOC-aniline). Revision and improvements.'' In: ''[[J. Org. Chem.]]'' 57, 1992, S. 6833–6837, [[doi:10.1021/jo00051a030]].</ref> ''n''-Butyllithium reagiert zudem [[exotherm]] mit [[Kohlendioxid]] und [[Sauerstoff]], sowie mit Wasser.<ref name="Rathman" /> Die Hydrolysewärme beträgt −240 kJ·mol−1<ref name="Fowell">P. A. Fowell, C. T. Mortimer: ''Heats of Formation and Bond Energies. Part V. n-Butyllithium.'' In: ''[[J. Chem. Soc.]]'' 1961, S. 3793–3796, [[doi:10.1039/JR9610003793]].</ref> Die thermische Zersetzung von n-Butyllithium führt zum [[Lithiumhydrid]] und [[Butene|1-Buten]].<ref name="Rathman">T. L. Rathman, J. A. Schwindeman: ''Preparation, Properties, and Safe Handling of Commercial Organolithiums: Alkyllithiums, Lithium sec-Organoamides, and Lithium Alkoxides.'' In: ''[[Org. Process Res. Dev.]]'' 18, 2014, S. 1192–1210, [[doi:10.1021/op500161b]].</ref>

=== Reaktionen ===
[[Lithium]]-[[Halogene|Halogen]]-Austausch: Das [[Halogene|Halogen]] in einer [[Chemische Verbindung|Verbindung]] kann gegen Lithium ausgetauscht werden. Dieses ergibt [[Reagenz]]ien mit [[nukleophil]]en Kohlenstoffzentren, welche für die Herstellung von zahlreichen [[Chemische Verbindung|Verbindungen]] verwendet werden können. Den Austausch nimmt man in der Regel in [[Ether]] bei −78 °C vor (Ar steht für einen [[Arylgruppe|aromatischen Rest]]):
:<math>\mathrm{LiC_4H_9 + ArI \longrightarrow LiAr + C_4H_9I}</math>

Als starke [[Basen (Chemie)|Base]] (die konjugierte [[Säure]] ist [[Butan]]!) kann ''n''-BuLi [[Amine]] und C-H-acide Verbindungen [[Deprotonierung|deprotonieren]]:

:<math>\mathrm{LiC_4H_9 + R{-}H \rightleftharpoons C_4H_{10} + R{-}Li}</math>

''n''-BuLi kann für die Herstellung von bestimmten [[Aldehyd]]en und [[Ketone]]n aus disubstituierten [[Carbonsäureamide|Amiden]] verwendet werden:

:<math>\mathrm{LiC_4H_9 + RCONMe_2 \longrightarrow LiNMe_2 + RCOC_4H_9}</math>

Beim Erhitzen von ''n''-BuLi findet eine β-[[Eliminierungsreaktion|Eliminierung]] statt. Hierdurch entstehen primär [[Butene|Buten]] und [[Lithiumhydrid]]. Butyllithium reagiert wiederum mit entstandenen Buten, wobei über [[1,3-Butadien|Butadien]] auch polymere Produkte entstehen können. Der Zerfall verläuft nach einem [[Kinetik (Chemie)|Zeitgesetz erster Ordnung]]. Die Halbwertszeiten betragen bei 130 °C 315 min, bei 140 °C 115,5 min und bei 150 °C 49,5 min.<ref name="Finnegan">R. A. Finnegan, H. W. Kutta: ''Organometallic Chemistry. X1I. The Thermal Decomposition of n-Butyllithium, a Kinetic Study.'' In: ''[[J. Org. Chem.]]'' 30, 1965, S. 4138–4144, [[doi:10.1021/jo01023a038]].</ref>
:<math>\mathrm{LiC_4H_9 \longrightarrow LiH + CH_2{=}CHCH_2CH_3}</math>

Lagert man ''n''-BuLi oder ''t''-BuLi längere Zeit als etherische Lösung, z. B. in [[Tetrahydrofuran]], so findet ein Zerfall des Lösungsmittels statt:<ref>J. Clayden, S. A. Yasin: ''Pathways for decomposition of THF by organolithiums: the role of HMPA.'' In: ''[[New J. Chem.]]'' 26, 2002, S. 191–192, [[doi:10.1039/b109604d]].</ref>

:<math>\mathrm{LiC_4H_9 + THF \longrightarrow LiO{-}CH{=}CH_2 + CH_2{=}CH_2 + C_4H_{10} }</math>

== Verwendung ==
''n''-BuLi hat in der modernen synthetischen [[Organische Chemie|organischen Chemie]] große Bedeutung als sehr starke [[Base (Chemie)|Base]] bzw. als Lithiierungsreagenz erlangt.<ref name=":0" /> So wird z. B. die häufig verwendete Base [[Lithiumdiisopropylamid]] (LDA) in der Regel ''in situ'' durch Deprotonieren von Diisopropylamin mit ''n''-BuLi in THF hergestellt.<ref>{{Literatur |Autor=Joachim Buddrus, Bernd Schmidt |Titel=Grundlagen der Organischen Chemie |Verlag=Walter de Gruyter GmbH & Co KG |Datum=2014-12-17 |ISBN=978-3-11-033105-9 |Seiten=674 |Online=https://www.google.de/books/edition/Grundlagen_der_Organischen_Chemie/5Sh1BgAAQBAJ?hl=de&gbpv=1&dq=lithium%20diisopropylamid&pg=PA674&printsec=frontcover |Abruf=2024-08-03}}</ref>

Butyllithium dient als Reagenz bei der Herstellung eines naturähnlichen Kautschuks (cis 1,4 Anteil) aus Isopren. Eine weitere Anwendung ist als Starter für anionische Polymerisationen. Auch in der industriellen organischen Synthese, also für Pharmazeutika und Agrochemikalien wird Butyllithium verwendet.<ref>{{Literatur |Autor=Jürgen Deberitz, Gernot Boche |Titel=Lithium und seine Verbindungen ‐ Industrielle, medizinische und wissenschaftliche Bedeutung |Sammelwerk=Chemie in unserer Zeit |Band=37 |Nummer=4 |Datum=2003-08 |DOI=10.1002/ciuz.200300264 |Seiten=258–266}}</ref> Die weltweite Verwendungsmenge beträgt insgesamt etwa 2000-3000 Tonnen pro Jahr.<ref>{{Literatur |Autor=Terry ‘Li’ Rathman, James A. Schwindeman |Titel=Preparation, Properties, and Safe Handling of Commercial Organolithiums: Alkyllithiums, Lithium sec -Organoamides, and Lithium Alkoxides |Sammelwerk=Organic Process Research & Development |Band=18 |Nummer=10 |Datum=2014-10-17 |DOI=10.1021/op500161b |Seiten=1192–1210}}</ref>



== Gehaltsbestimmung ==
Da Butyllithium nur begrenzt stabil und auch empfindlich gegen Wasser und Sauerstoff ist, muss der Gehalt einer Lösung vor dem Einsatz bestimmt werden. Zur Gehaltsbestimmung wird ein [[Aliquot (Chemie)|Aliquot]] der Lösung mit Wasser versetzt und gegen eine verdünnte Lösung Salzsäure titriert. Dabei wird der Gesamtbasen-Gehalt bestimmt. Um jedoch Lithiumhydrid, Lithiumhydroxyd und Alkoholate von der Gesamtbase abziehen zu können, wird ein Aliquot der Lösung in [[Tetrahydrofuran|THF]] mit einem großen Überschuss an [[Benzylchlorid]] umgesetzt. Dabei reagiert Benzylchlorid in einer [[Wurtz-Fittig-Synthese|Wurtz-Fittig-Reaktion]] zum [[1,2-Diphenylethan]] und es entsteht [[Lithiumchlorid]]. Nach Hydrolyse wird die Restbase ebenfalls gegen eine Salzsäure titriert. Die Differenz beider Werte liefert jetzt den Anteil an Butyllithium.<ref>Chemetall, Hausmitteilung Sparte Lithium 1995, 1-8.</ref>

[[Datei:BuLi titration is.svg|hochkant=2.5|rahmenlos|zentriert]]Gebräuchlich sind 1.6 molare Lösungen in Hexanen, was in etwa einer Massenkonzentration von 15 % entspricht, sowie 2.5 molare, entsprechend 25 %.

== Sicherheitshinweise ==
''n''-Butyllithium ist selbst brennbar und wird in der Regel in einem ebenfalls brennbaren organischen Lösungsmittel gelagert. Reines ''n''-BuLi ist [[pyrophor]] (selbstentzündlich), aber auch Lösungen können sich spontan entzünden. Die Neigung zur spontanen Entzündung steigt mit der Konzentration der Lösung, der Umgebungstemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit und der Brennbarkeit des Lösungsmittels. Neben Luft und Sauerstoff reagiert es auch heftig mit Wasser, was ebenfalls zur Entzündung führen kann. Mit der Zeit zersetzt sich ''n''-Butyllithium zu [[Lithiumhydrid]], wobei [[Butene|1-Buten]] freigesetzt wird. Neben den durch die Reaktivität bedingten physikalischen Gefahren führt ''n''-Butyllithium bei Hautkontakt zusätzlich zu schweren Verätzungen.<ref>{{Literatur |Autor=James A. Schwindeman, Chris J. Woltermann, Robert J. Letchford |Titel=Safe handling of organolithium compounds in the laboratory |Sammelwerk=Chemical Health & Safety |Band=9 |Nummer=3 |Datum=2002-05-01 |DOI=10.1016/S1074-9098(02)00295-2 |Seiten=6–11}}</ref>

== Literatur ==
* Autorenkollektiv: ''Organikum.'' 21. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2001, ISBN 3-527-29985-8.
* [[Christoph Elschenbroich]]: ''Organometallchemie.'' 5. Auflage. Teubner, Wiesbaden 2005, ISBN 3-519-53501-7.

== Weblinks ==
{{Commonscat}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Lithiumorganische Verbindung|Butyllithium]]
[[Kategorie:Metallalkyl]]

Butyllithium - Versionsgeschichte

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