Friedel-Crafts-Alkylierung

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Die Friedel-Crafts-Alkylierung ist eine Reaktion in der Organischen Chemie, bei der an einem aromatischen Kohlenwasserstoff ein Wasserstoffatom gegen eine Alkylgruppe ausgetauscht (substituiert) wird (→ Alkylierung). Dabei entstehen Alkylaromaten.

$\mathrm{Ar-H\ +\ R-Cl\ (AlCl_3)\ \rightarrow\ Ar-R\ +\ HCl}$

Ar steht für den Aromaten, R für die Alkylgruppe. In Klammern ist der verwendete Katalysator (hier: Aluminiumchlorid) genannt.

Inhaltsverzeichnis

1 Klassifizierung
2 Edukte und Katalysatoren
3 Reaktionsablauf
- 3.1 Mehrfachsubstitution
- 3.2 Transalkylierung
4 Kinetische und thermodynamische Kontrolle
5 Weiterführende Informationen
6 Weblinks

[Bearbeiten] Klassifizierung

Die Friedel-Crafts-Alkylierung ist eine aromatische elektrophile Substitution (S_E). Dabei greift eine Elektronen-arme Verbindung (Elektrophil) in Gestalt eines Kations oder Dipols eine aromatische Verbindung an und verursacht die Freisetzung eines Protons.

[Bearbeiten] Edukte und Katalysatoren

Als Alkylierungsreagenzien werden bei der Friedel-Crafts-Alkylierung Alkylhalogenide, Alkohole oder Alkene genutzt. Diese müssen vor der Alkylierungsreaktion durch Katalysatoren aktiviert werden.

Als Katalysatoren werden Lewis-Säuren verwendet, die aufgrund ihrer Elektronenaffinität das Alkylierungsreagenz "positivieren", das heißt einen Dipol erzeugen oder verstärken beziehungsweise ein Kation generieren.

Interaktion von Methylchlorid mit der Lewis-Säure Aluminiumchlorid.

Neben Aluminiumchlorid werden unter anderem Phosphorsäure, Schwefelsäure, Fluorwasserstoff und Quecksilber-II-sulfat als Katalysatoren verwendet.

[Bearbeiten] Reaktionsablauf

Das Elektrophil greift am π-Elektronensystem des Aromaten an. Dabei wird vorübergehend die Aromatizität des Rings aufgehoben. Nach dem Abgang des Protons wird der aromatische Kern wieder hergestellt. Da eine bereits am Aromaten vorhandene Alkylgruppe den Ring gegenüber weiteren Substitutionsreaktionen aufgrund ihres induktiven Effektes (+I) aktiviert, isoliert man bei Alkylierungen nach Friedel-Crafts oft mehrfachsubstituierte Produkte. Um einfachsubstituierte Produkte zu erhalten, muss mit einem Überschuss des Aromaten gearbeitet werden, weshalb die Friedel-Crafts-Alkylierung für teure Benzolderivate nicht geeignet ist.

[Bearbeiten] Mehrfachsubstitution

Polyalkylaromaten können durch einen Überschuss an Alkylierungsreagenz gewonnen werden. Im Fall von Benzol ist dabei zu beachten, dass durch das Einführen eines Alkylrestes in einen unsubstituierten Ring die Äquivalenz der Positionen am Ring abhanden kommt. Erstsubstituenten haben einen sogenannten dirigierenden Einfluss auf die Position der nachfolgenden Substitutionsreaktion. Man spricht von ortho-para- beziehungsweise meta-dirigierenden Substituenten (siehe dazu: Konstitution, Konstitutionsisomerie).

Wegen der durch jede neu hinzugefügte Alkylgruppe gesteigerten Affinität des Aromaten gegenüber Elektrophilen, ist es beispielsweise möglich, bei Hexamethylbenzol eine siebte Methylgruppe einzuführen. Die Reaktion endet dann mit einem relativ stabilen Phenoniumion.

Reaktion von Hexamethylbenzol mit Methylchlorid zu einem Phenoniumkomplex (AlCl₄^- als Gegenion)

[Bearbeiten] Transalkylierung

Die Friedel-Crafts-Alkylierung ist eine reversible Reaktion. Daher lassen sich Alkylreste von Alkylaromaten durch Erhitzen und unter Einfluss eines Katalysators auf andere Aromaten übertragen.

[Bearbeiten] Kinetische und thermodynamische Kontrolle

Unter relativ milden Reaktionsbedingungen sind Alkylgruppen ortho- und para-dirigierend. Es entsteht das kinetisch-kontrollierte Endprodukt. Bei höherer Temperatur oder mit starken Lewis-Säuren entstehen bevorzugt die thermodynamisch stabileren meta-Produkte.