18.9: Elektrophile aromatische Substitution: Friedel-Crafts-Alkylierung von Benzol

Die Friedel-Crafts-Reaktionen wurden 1877 vom französischen Chemiker Charles Friedel und dem amerikanischen Chemiker James Crafts entwickelt. Unter Friedel-Crafts-Alkylierung versteht man den Ersatz eines aromatischen Protons durch eine Alkylgruppe mittels elektrophiler aromatischer Substitution. Ein Lewis-Säure-Katalysator wie Aluminiumchlorid reagiert mit einem Alkylhalogenid unter Bildung eines Carbokations. Das resultierende Carbokation reagiert dann mit dem aromatischen Ring und durchläuft eine Reihe von Elektronenumlagerungen, bevor das Endprodukt entsteht. Beispielsweise reagiert Benzol mit 2-Chlorbutan in Gegenwart von Aluminiumchlorid zu 2-Butylbenzol.

Die Alkylierung beginnt mit einer Lewis-Säure-Base-Reaktion, bei der das Alkylhalogenid mit Aluminiumchlorid reagiert, was zur Bildung eines elektrophilen Carbokations führt.

Das Carbokation greift die π-Elektronenwolke des aromatischen Rings an und bildet ein resonanzstabilisiertes Areniumion. Durch die Deprotonierung des Areniumions wird die Aromatizität wiederhergestellt, wodurch 2-Butylbenzol entsteht und der Katalysator regeneriert wird.

Bei sekundären und tertiären Halogeniden ist das Carbokation das reagierende Elektrophil. Bei primären Alkylhalogeniden ist das freie primäre Carbokation instabil und schwer zu erzeugen. Stattdessen fungiert ein Komplex eines Alkylhalogenids mit Aluminiumchlorid als Elektrophil.

Die Friedel-Crafts-Alkylierung aromatischer Verbindungen wurde von Charles Friedel und James Crafts entdeckt.

Es handelt sich um eine typische elektrophile aromatische Substitution, bei der der Wasserstoff eines aromatischen Rings durch eine Alkylgruppe ersetzt wird.

Zum Beispiel reagiert 2-Chlorbutan mit Benzol in Gegenwart von Aluminiumchlorid, einem Lewis-Säure-Katalysator, zu 2-Butylbenzol.

Die Alkylierung beginnt mit einer Lewis-Säure-Base-Reaktion, bei der das Alkylhalogenid mit Aluminiumchlorid reagiert. Der Komplex dissoziiert dann und bildet ein Carbokation.

Als Elektrophil reagiert das Carbokation mit der π Elektronenwolke aus Benzol und bildet ein resonanzstabilisiertes Arenium-Ion.

Schließlich stellt die Deprotonierung des Areniumions die Aromatizität wieder her, wodurch 2-Butylbenzol entsteht und der Katalysator regeneriert wird.

Bemerkenswert ist, dass bei sekundären und tertiären Halogeniden die Karbokation das reagierende Elektrophil ist.

Bei primären Alkylhalogeniden ist die freie Primärcarbokation relativ instabil.

Daher dient ein Komplex aus einem Alkylhalogenid mit Aluminiumchlorid als Elektrophil.