Die Friedel-Crafts-Acylierung ist eine Namensreaktion der Organischen Chemie und benannt nach Charles Friedel und James Mason Crafts. Bei der Reaktion werden Aromaten unter Lewissäure-Katalyse meist mit Carbonsäurehalogeniden umgesetzt, um einen Acylrest (Acylierung) in ein aromatisches System einzuführen. Als Wertstoff der Reaktion wird ein Keton erhalten. Für die Friedel-Crafts-Acylierung wird meist eine starke Lewissäure gewählt (z. B. FeCl3, BF3 oder AlCl3), die in mindestens stöchiometrischen Mengen eingesetzt wird.[1]
Die Acylierung kann auch intramolekular erfolgen, beispielsweise bei der Synthese von 1-Indanon, einem bicyclischen Keton:[1]
Es gibt auch Ausführungsformen der Friedel-Crafts-Acylierung bei denen geringere Katalysatormengen eingesetzt werden oder vollständig auf den Katalysator verzichtet werden kann.[2]
Reaktionsmechanismus
Der Mechanismus wird im folgenden Abschnitt an der Reaktion eines Carbonsäurechlorids mit Benzol erläutert. Die Friedel-Crafts-Acylierung wird dadurch eingeleitet, dass die Lewissäure an den Carbonylsauerstoff des Carbonsäurechlorids 1 koordiniert und dadurch den Carbonylkohlenstoff noch weiter positiviert (2). Allerdings kann die Lewissäure auch an das Chlor koordinieren und den gleichen Effekt auslösen (3). Dabei kann dann ein Acylium-Kation 4 entstehen, das das Benzol in einer elektrophilen, aromatischen Substitution angreift und den aromatischen Charakter aufhebt. Inwiefern der Komplex aus Acylhalogenid-Lewis-Säure 2 oder ein Acylium-Kation 4 das aktive Agens ist, hängt sowohl vom Substrat, dem Acylderivat als auch dem Lösungsmittel ab. Nach der Abgabe eines Protons rearomatisiert das vorläufige Endprodukt 7. Die Lewis-Säure ist weiterhin am Carbonylsauerstoff koordiniert. Die Hydrolyse ist also im letzten Schritt als Reinigungsschritt zu sehen und setzt den acylierten Aromaten 8 frei. Als Lösungsmittel für die Reaktion dienen in der Regel die Aromaten im Überschuss selber. Es finden aber auch Nitrobenzol, Nitromethan oder bei tiefen Temperaturen Dichlormethan Verwendung.[3][4]
Benzolderivate
Durch die häufig hohen, sterischen Anforderungen des Acylhalogenid-Lewissäuren-Komplexes weist die Friedel-Crafts-Acylierung eine hohe Regioselektivität auf, was bei Umsetzung einfach substituierter Benzolderivate zum para-Produkt führt. Desaktivierend substitutierte Aromaten werden nach Friedel-Crafts nicht acyliert. Dementsprechend sind Mehrfach-Acylierungen bei dieser Reaktion nicht zu erwarten. Diese Eigenschaften machen die Friedel-Crafts-Acylierung synthetisch wertvoll gegenüber der Friedel-Crafts-Alkylierung.
Varianten
Die Bedeutung der Reaktion wird durch die Tatsache, dass auch Carbonsäureanhydride und Carbonsäuren in Polyphosphorsäure geeignete Acylierungsmittel sind, noch größer. Durch die Aufeinanderfolge von Friedel-Crafts-Acylierung und Wolff-Kishner-Reduktion oder Clemmensen-Reduktion sind auch alkylsubstituierte Aromaten synthetisch zugänglich.
Neuere Entwicklungen
Es gibt neuere Varianten[5], welche auf den Edukteinsatz von Lewissäuren oder Protonensäuren verzichten und die Reaktion in Kontakt mit unterschiedlichen Feststoffen ablaufen lassen. Als besonderes vorteilhaft zeigte sich die Verwendung von Zinkoxid.[6] Mit sowohl aktivierten als auch (schwach) deaktivierten Arylen wie Chlorbenzol konnten bei milden Reaktionsbedingungen (Raumtemperatur) und kurzen Reaktionszeiten (einige Minuten) in vielen Fällen hohe Umsätze und Ausbeuten erzielt werden. Die Umsetzung wurde lösemittelfrei durchgeführt. Das Zinkoxid, welches unterstöchiometrisch einsetzbar ist, konnte wiedergewonnen und mehrfach eingesetzt werden. Es bedurfte keiner wässrigen Aufarbeitung, ein simpler nicht-protischer Auszug war ausreichend, um in den meisten Fällen ohne weitere Aufreinigung eine hohe Produktreinheit zu erzielen. Der Mechanismus wurde nicht untersucht. Es ist denkbar, dass intermediär Zinkchlorid als Lewissäure entsteht, allerdings läuft die Reaktion interessanterweise auch auf Graphit anstelle des Metalloxids ab.[7] Mit Säureanhydriden anstelle der Chloride versagte die Reaktion. Eine Reihe anderer Metalloxide, darunter Aluminiumoxid, zeigte sich als deutlich unterlegen oder unbrauchbar.
Einzelnachweise
- ↑ 1,0 1,1 Siegfried Hauptmann: Organische Chemie, 2. durchgesehene Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1985, S. 354, ISBN 3-342-00280-8.
- ↑ D. E. Pearson, C. A Buehler: Friedel-Crafts acylations with little or no catalyst, in: Synthesis 1972, 10, 533–542; doi:10.1055/s-1972-21912.
- ↑ T. Laue und A. Plagens: Namens- und Schlagwort-Reaktionen der Organischen Chemie, 5. Auflage, Teubner Studienbücher Chemie, 2006, S. 129, ISBN 3-519-33526-3.
- ↑ Z. Wang:Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents Volume 1, Wiley Verlag, 2009, S. 1126, ISBN 978-0-471-70450-8, (3-Volume Set).
- ↑ OC Portal.
- ↑ M. Hosseini Sarvari, H. Sharghi : Reactions on a Solid Surface. A Simple, Economical and Efficient Friedel-Crafts Acylation Reaction over Zinc Oxide as a New Catalys, J. Org. Chem. 2004, 69, 6953-6956.
- ↑ M. Kodomari, Y. Suzuki, K. Yoshida: Graphite as an effective catalyst for Friedel–Crafts acylation, Chem. Commun. 1997, 1567.
Siehe auch
- Friedel-Crafts-Alkylierung, Namensreaktionen, Reaktionsmechanismus
- Spezialfall: Gattermann-Koch-Synthese
