Typische aromatische Reaktionen

Typische Reaktion: Elektrophile aromatische Substitution

Die typische Reaktion des Benzols wie z.B. die Nitrierung, Sulfonierung, Alkylieren oder die  Halogenierung von Alkylbenzolen sind elektrophile Subtitutionen.

Für die elektrophile aromatische Substituion müssen elektrophile Teilchen geschaffen werden, die am aromatischen Ringsystem angreifen und gegen ein Wasserstoff-Atom ausgetauscht werden.

Unterstützend wirken Lewis-Säure, die als Katalysator einen Angriff  am aromatischen Ring möglich machen. Die elektrophile aromatische Substitution läuft über ein Carbokation als  Übergangszustand, dann wird ein Substituent ausgetauscht.

Beispiele:

• Nitrierung,
• Sulfonierung,
• Alkylieren,
• Derivate Halogenierung von Alkylbenzolen

Ablauf:    Beispiel: Halogenierung des Benzolringes

1. Die Delokalisation der Elektronen führt zur einer Wechselwirkung der Elektronen des Benzols mit dem Elektrophils (Brom) und es bildet sich zunächst ein Pi-Komplex. Die induzierte Polarisierung kommt bewirkt jedoch keine Heterolyse des Br₂. 

Pi-Komplex: Aromat und Brom. Brom wirkt als Elektrophil und bindet an den Aromaten. Dabei kommt es zur Heterolyse des Broms.

2. Durch Säurekatalyse (Lewis-Säure), wird die Bindung zwischen Br-Br so so stark polarisiert, dass es zur Heterolyse kommt. Brom wird gespalten und in seine Ionen ( Br^- und Br⁺) aufgetrennt. So entsteht ein elektrophiles und nucleophiles Teilchen.

3. Das elektrophile Teilchen wird durch Ausbildung einer Sigma-Bindung an das Benzol addiert. Es bildet sich ein Sigma-Komplex mit einem positiv geladenen C-Atom, einem Carbokation, aus. Die Stabilisierung des Carbokations wird durch die Delokalisierung der positiven Ladung über die restlichen Kohlenstoffatome erreicht, man kann mesomere Grenzstrukturen darstellen.

Sigma-Komplex: Brom ist bereits an den Aromaten gebunden, Wasserstoff muss noch abgegeben werden.

4. Zur Rearomatisierung erfolgt eine Deprotonierung, dies Proton reagiert mit der mit der Lewissäure ab.

Mesomere Grenzstrukturen des Brombenzols.

AlBr₄^-  +  H⁺ →  AlBr₃ + HBr

Arten der elektrophilen aromatische Substitution

• Halogenierung: Cl_2, Br₂, I₂ mit Lewissäure

• Nitrierung: HNO₃/H₂SO₄ = Nitriersäure, Bildung von NO₂⁺ als elektrophiles Teilchen

• Sulfonierung: SO₃ + H₂SO₄ → HSO₄^- + HSO₃^-

• Friedel-Crafts-Alkylierung: Lewissäure als Katalysator, Carbokationen aus Alkylhalogeniden, Carbokationen aus Alkoholen und Schwefelsäure

• Friedel-Crafts-Acylierung: Acylhalogenide mit Lewissäure