Friedel Crafts Acylierung
Um bestimmte Molekülstrukturen herzustellen, gibt es in der organischen Chemie diverse Namensreaktionen. Eine davon ist die sogenannte Friedel Crafts Acylierung. Was diese Reaktion bewirkt, wie der genaue Mechanismus aussieht und welche Moleküle daran beteiligt sind, erfährst du in diesem Artikel.
Ein Video zu diesem Thema haben wir dir ebenfalls erstellt, falls dir das audio-visuelle Lernen eher zusagt.
Inhaltsübersicht
Friedel Crafts Acylierung einfach erklärt
Bei der Friedel Crafts Acylierung handelt es sich um eine Namensreaktion in der organischen Chemie, die nach den Chemikern Charles Friedel und James Mason Crafts benannt ist. Diese beiden haben ebenfalls die Friedel Crafts Alkylierung entdeckt, weshalb sich die Namen auch sehr ähneln.
Dabei lässt man einen Aromaten, unter Einsatz einer starkten Lewis Säure als Katalysator, mit einem Säureanhydrid oder Carbonsäurehalogenid reagieren. Dadurch wird ein Wasserstoffatom an einem reaktiven Aromaten durch einen Acylrest substituiert und ein Keton entsteht.
Friedel Crafts Acylierung Mechanismus
Da es sich bei der Friedel Crafts Acylierung um eine komplexere Reaktion mit mehreren Zwischenschritten handelt, betrachten wir dazu am besten die Umsetzung von Benzol mit einem Carbonsäurehalogenid und Aluminiumchlorid als Katalysator.
Als erstes koordiniert die Lewis Säure an den Carbonylsauerstoff des Carbonsäurehalogenids. Dadurch verringert sich die Elektronendichte am Carbonylkohlenstoff noch weiter. Eine Koordination mit dem Halogen ist zwar ebenfalls möglich, damit ergibt sich allerdings der gleiche Effekt.
Nun kann ein Acylium Kation entstehen, welches den elektronenreichen Benzolring in einer elektrophilen aromatischen Substitution angreift und somit den aromatischen Charakter aufhebt. Sowohl der Komplex aus Acylhalogenid und Lewis Säure als auch das Acyliumion kann als aktives Reagenz wirken. Welches nun einen größeren Einfluss ausübt hängt von dem Substrat, dem Acylderivat und dem Lösemittel ab.
Anschließend rearomatisiert die Verbindung unter Abgabe eines Protons, wodurch sich das vorläufige Endprodukt ergibt. Da die Lewis Säure immer noch am Carbonylsauerstoff koordiniert ist, folgt noch ein letzter Schritt. In diesem setzt man per Hydrolyse das Keton frei.
Alternative Katalysatoren
Verwendet man eine Lewis Säure wie etwa Aluminiumchlorid als Katalysator, so muss man diese in überstöchiometrischen Mengen dosieren. Das liegt daran, dass sich aus dem acylierten Aromat und der Lewis Säure ebenfalls ein Komplex bildet, welches nun den Katalysator selbst bindet.
Mittlerweile gibt es von der Friedel Crafts Acylierung auch Formen, in denen geringere Mengen bis hin zu gar keinem Katalysator eingesetzt werden. In industriellen Prozessen versucht man heutzutage möglichst auf die Verwendung von Lewis Säuren zu verzichten. Dies hat den Hintergrund, da in einer wässrigen Aufarbeitung große Mengen an Hydroxidschlamm entstehen, welche umständlich entsorgt werden müssen.
So gibt es inzwischen Varianten, bei denen die Reaktion mit unterschiedlichen Feststoffen abläuft. Zinkoxid wäre ein Beispiel dafür. Selbst bei milden Reaktionsbedingungen und kurzen Reaktionszeiten lassen sich hier, mit sowohl aktivierten als auch schwach deaktivierten Aromaten, hohe Umsätze erzielen. Dabei kann man das Zinkoxid unterstöchiometrisch einsetzen. Außerdem ist es ebenfalls ohne wässrige Aufarbeitung möglich, dieses zu rezyklieren.
Weitere Eigenschaften
Die Friedel Crafts Acylierung ist eine elektrophile aromatische Substitution, daher folgt sie auch deren Regeln bezüglich der Regioselektivität. Somit entstehen bei der Umsetzung von einfach substituierten Benzolderivaten Produkte mit der Acylgruppe in ortho- oder para-Stellung. Falls eine Lewis Säure als Katalysator dient, so ist letztere Position wesentlich wahrscheinlicher. Dies ist den hohen sterischen Anforderungen des Acylhalogenid-Lewis Säuren-Komplexes geschuldet.
Des Weiteren läuft die Reaktion nicht bei deaktivierten Aromaten ab. Und da die Acylierung selbst deaktivierend wirkt, sind Mehrfachsubstitutionen nicht zu erwarten. Dies ist ein Vorteil gegenüber der Friedel Crafts Alkylierung. Auch eine unerwünschte Isomerisierung tritt bei Acylsubstituenten nicht ein. Somit ist es mit der Acylierung beispielsweise möglich Aromaten mit einer linearen Alkylgruppe herzustellen, die über eine Alkylierung nicht zugänglich sind. Dazu wird nach der Friedel Crafts Acylierung die Carbonylgruppe des entstehenden Ketons, etwa durch eine Clemmensen Reduktion oder eine Wolff Kishner Reaktion, reduziert.
