Entfesseln Sie die Geheimnisse der Halogenbenzole und tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der organischen Chemie! Dieses Buch ist Ihr Schlüssel zum Verständnis der komplexen Reaktionen und vielfältigen Anwendungen dieser wichtigen Stoffgruppe. Von der präzisen Chlorierung des Benzolrings bis zur gezielten Substitution in der Seitenkette – entdecken Sie die Methoden und Mechanismen, die diese Reaktionen steuern. Erfahren Sie, wie Halogene die Reaktivität aromatischer Verbindungen beeinflussen und wie Sie diese Erkenntnisse für die Synthese maßgeschneiderter Moleküle nutzen können. Die detaillierte Darstellung der Halogenierung von Benzol und Alkylbenzolen, inklusive der selektiven Darstellung von Isomeren, ermöglicht es Ihnen, Ihr Wissen in der Praxis anzuwenden. Die Chlormethylierung, ein eleganter Weg zur Einführung von Chlormethylgruppen, wird ebenso verständlich erklärt wie der Reaktionsmechanismus der elektrophilen Substitution. Ein besonderes Augenmerk liegt auf den Reaktionsbedingungen: Wann ist ein Katalysator unerlässlich, und wann führt Belichtung zum Ziel? Die Merksprüche "Kern-Kälte-Katalysator" und "Seitenkette-Siedehitze-Sonnenlicht" helfen Ihnen, den Überblick zu behalten. Ob Studierende, Chemiker oder einfach nur wissbegierig – dieses Buch bietet Ihnen einen fundierten und praxisnahen Einblick in die Chemie der Halogenbenzole. Perfekt für alle, die ihr Wissen über aromatische Verbindungen, organische Synthese und chemische Reaktionen vertiefen möchten. Entdecken Sie die Welt der Halogenarene: Kernchlorierung, Seitenkettenchlorierung, elektrophile Substitution, Reaktionsmechanismen, organische Chemie, Benzol, Toluol, Katalysatoren, UV-Belichtung, Isomere, Chlormethylierung, Halogenierung, aromatische Verbindungen, chemische Reaktionen, organische Synthese. Ein unverzichtbares Nachschlagewerk für Labor und Studium, das die Grundlagen und Feinheiten der Halogenbenzolchemie aufzeigt. Tauchen Sie ein in die Welt der Halogenbenzole und meistern Sie die Kunst der gezielten chemischen Reaktion!
Halogenbenzole (Halogenarene)
Chlor, das wichtigste Halogen, kann auf drei verschiedene Weisen mit aromatischen Kohlenwasserstoffen reagieren :
Substitution am Benzolring (Kern-Chlorierung). Hierbei werden ein oder mehrere H-Atome des aromatischen Ringes durch Chlor ersetzt.
Substitution in der Seitenkette (Seitenketten-Chlorierung). Enthält Benzol eine Seitenkette, wie z.B. im Toluol oder Ethylbenzol, kann unter bestimmten Bedingungen eine Substitution der H-Atome der Seitenkette durch Chlor erreicht werden, ohne daß gleichzeitig eine Kernchlorierung stattfindet.
Addition an die "Doppelbindungen" des Benzolringes, dabei entsteht ein Reaktionsprodukt, das keine aromatische Verbindung mehr ist, sondern sich vom Cyclohexan ableitet.
Chlor, das in der Seitenkette gebunden ist, zeigt ein chemisches Verhalten wie in Chloralkanen. Chlor am aromatischen Ring muß davon unterschieden werden.
Halogenbenzole sind die kernhalogenierten, aromatischen Verbindungen, bei denen Wasserstoff des Benzolringes durch Halogen ersetzt ist.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die Halogene sind Substituenten 1. Ordnung; sie dirigieren einen zweiten Substituenten in die o- und p-Stellung. Im Gegensatz zu den übrigen Substituenten 1. Ordnung erschweren die Halogene die Zweitsubstitution.
Ein Benzolring kann mehrere gleiche oder auch verschiedene Halogene oder daneben noch andere Substituenten gebunden haben.
Darstellung aromatischer Halogen-Verbindungen
Halogenierung von Benzol
Der Ersatz eines H-Atoms des Benzols durch Chlor, d.h. die Verknüpfung eines Cl-Atoms mit dem aromatischen Ring, ist nur bei Gegenwart eines Katalysators möglich. Um Benzol zu chlorieren, wird Chlor bei 50 ° C in Benzol eingeleitet :
Die Bromierung kann wie die Chlorierung durchgeführt werden. Das flüssige Brom lässt man der vorgelegten aromatischen Verbindung zutropfen. Fluorbenzol und Iodbenzol können nach der beschriebenen Methode nicht dargestellt werden; Fluor ist zu reaktionsfähig und Iod zu reaktionsträge. Beide Verbindungen müssen aus Anilin durch andere Reaktionen hergestellt werden.
Weiterchlorierung
Werden zwei Moleküle Chlor mit einem Molekül Benzol umgesetzt, entsteht zunächst Mono-chlorbenzol, das dann zum Dichlorbenzol weiter reagiert. Auf Grund der Substitutionsregeln muß dabei ein Gemisch aus o- und p-Dichlorbenzol entstehen, da das erste mit dem Benzolring verbundene Cl-Atom ein Substituent 1. Ordnung ist.
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Halogenierung von Alkylbenzolen
Unter denselben Reaktionsbedingungen wie Benzol kann auch Toluol kernchloriert werden; es entsteht dabei ein Gemisch von o- und p-Chlor-toluol, weil die CH
-Gruppe ein Substituent 1. Ordnung ist, der weitere Substituenten in o- und p-Stellung dirigiert.
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Das dritte Isomere, m-Chlortoluol, kann nach dieser Methode nicht dargestellt werden.
Halogenierung in der Seitenkette
Substitution von Alkylbenzolen in der Seitenkette.
Darstellung von Alkyl-aryl-halogeniden. Als Beispiel für eine Seitenketten-Chlorierung soll Toluol dienen. Beim Toluol gibt es zwei Möglichkeiten der Chlorierung, nämlich am Kern, die wie eine normale Kernchlorierung verläuft, und in der CH -Gruppe (Seitenkette)
Läßt man einen Überschuß von Chlor in der Siedehitze und unter UV-Belichtung (radikalische Substitution wie bei Alkanen) auf Toluol einwirken, so werden nacheinander die drei H-Atome der CH -Gruppe durch Chlor ersetzt.
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Metallspuren müssen abwesend sein, da sie eine Kernchlorierung katalysieren würden. Wie bei jeder Chlorierung wird auch hier mit dem Eintritt eines Cl-Atoms HCl abgespalten.
Praktisch entstehen bei der Chlorierung nicht die reinen Verbindungen, sondern immer Gemische, z.B. I+II,II+III,III+IV.
Bei der technischen Darstellung von Benzylchlorid, die bei 135°C durchgeführt wird, chloriert man nur solange, bis sich 50% Benzylchlorid gebildet haben, um die Bildung höher chlorierter Verbindungen zu vermeiden. Die beiden Verbindungen werden destillativ getrennt und das Toluol in den Prozeß zurückgeführt.
Chlormethylierung
Diese Reaktion dient der Synthese von in der Seitenkette einfach chlorierten Alkylbenzolen. Ausgegangen wird von Benzol. Benzylchlorid ist auf diese Weise leicht darstellbar.
Bei der Chlormethylierung wird die aromatische Verbindung (Benzol, Naphthalin, Anthracen, Diphenyl) mit Formaldehyd gemischt und gleichzeitig HCl-Gas eingeleitet; die Reaktion wird durch Kondensationsmittel (ZnCl , AlCl , H SO , H PO ) katalysiert
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Besonders günstig ist der Einsatz von Paraformaldehyd (CH O) , der durch HCl
depolymerisiert wird. Als Nebenprodukte entstehen in geringer Menge mehrfach- substituierte Verbindungen.
Mit HBr oder HI kann eine Brom- oder Iod-Methylierung erreicht werden.
Reaktionsmechanismus der Chlorierung von Benzol
Die Chlorierung ist eine elektrophile Substitution. Der Katalysator FeCl ist als Lewis- Säure bestrebt, zu einem Elektronenoktett zu gelangen. Er spaltet dabei das Chlormolekül heterolytisch :
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Das elektrophile Teilchen Cl+ tritt mit der Elektronenwolke des Benzols in Wechselwirkung. Der zunächst gebildete p-Komplex lagert sich in einem ?-Komplex unter Bindung des Chlors und Bildung eines Carbonium-Ions um:
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Das negative FeCl -Ion entzieht dem ?-Komplex ein Proton, so daß das aromatische Bindungssystem wiederhergestellt wird.
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Gegenüberstellung
Reaktionen aromatischer Verbindungen mit Halogen
Kern -Substitution
Reaktionsbedingungen : Katalysator, normale Temperatur.
Seitenketten -Substitution
Reaktionsbedingungen : Belichtung, höhere Temperatur.
Die Seitenketten-Substitution verläuft schneller als die Kernsubstitution und viel schneller als die Addition. Daher findet z.B. bei einer Seitenketten-Chlorierung praktisch keine Addition des Chlors an den Benzolring statt, obwohl die Reaktionsbedingungen gleich sind.
Um die Reaktionsbedingungen bei Kern- und Seitenketten-Substitution nicht zu verwechseln, wurden Merksprüche eingeführt :
Kern-Substitution: K-K-K(Kern-Kälte-Katalysator)
Seitenketten-Substitution : S-S-S (Seitenkette-Siedehitze-Sonnenlicht)
Häufig gestellte Fragen zu Halogenbenzolen (Halogenarenen)
Was sind Halogenbenzole?
Halogenbenzole sind kernhalogenierte, aromatische Verbindungen, bei denen Wasserstoff des Benzolringes durch Halogen ersetzt ist.
Welche Arten der Reaktion von Chlor mit aromatischen Kohlenwasserstoffen gibt es?
Es gibt drei Hauptarten: Substitution am Benzolring (Kern-Chlorierung), Substitution in der Seitenkette (Seitenketten-Chlorierung) und Addition an die "Doppelbindungen" des Benzolringes.
Wie funktioniert die Kernchlorierung von Benzol?
Die Kernchlorierung erfordert einen Katalysator und findet statt, wenn Chlor bei 50 °C in Benzol eingeleitet wird. Dabei wird ein H-Atom des Benzols durch Chlor ersetzt.
Wie wird die Bromierung von Benzol durchgeführt?
Die Bromierung kann ähnlich wie die Chlorierung durchgeführt werden, indem flüssiges Brom der vorgelegten aromatischen Verbindung zugetropft wird.
Warum können Fluorbenzol und Iodbenzol nicht auf die gleiche Weise hergestellt werden wie Chlorbenzol und Brombenzol?
Fluor ist zu reaktionsfähig und Iod zu reaktionsträge für diese Methode. Sie müssen aus Anilin durch andere Reaktionen hergestellt werden.
Was passiert bei der Weiterchlorierung von Benzol?
Bei der Weiterchlorierung entsteht zunächst Monochlorbenzol, das dann zum Dichlorbenzol weiterreagiert. Da Chlor ein Substituent 1. Ordnung ist, entsteht ein Gemisch aus o- und p-Dichlorbenzol.
Wie verläuft die Halogenierung von Alkylbenzolen?
Unter den gleichen Bedingungen wie Benzol kann auch Toluol kernchloriert werden, wobei ein Gemisch von o- und p-Chlortoluol entsteht, da die CH3-Gruppe ein Substituent 1. Ordnung ist.
Wie funktioniert die Halogenierung in der Seitenkette?
Bei der Seitenketten-Chlorierung wird Toluol beispielsweise in der Siedehitze und unter UV-Belichtung mit einem Überschuss von Chlor behandelt, wodurch nacheinander die drei H-Atome der CH3-Gruppe durch Chlor ersetzt werden.
Was ist die Chlormethylierung?
Die Chlormethylierung dient der Synthese von in der Seitenkette einfach chlorierten Alkylbenzolen. Dabei wird die aromatische Verbindung mit Formaldehyd gemischt und gleichzeitig HCl-Gas eingeleitet, wobei die Reaktion durch Kondensationsmittel katalysiert wird.
Wie ist der Reaktionsmechanismus der Chlorierung von Benzol?
Die Chlorierung ist eine elektrophile Substitution. Der Katalysator FeCl3 spaltet das Chlormolekül heterolytisch, wobei das elektrophile Teilchen Cl+ mit der Elektronenwolke des Benzols in Wechselwirkung tritt und ein Carbonium-Ion bildet.
Was sind die Unterschiede zwischen Kern-Substitution und Seitenketten-Substitution bei der Reaktion aromatischer Verbindungen mit Halogen?
Die Kern-Substitution erfordert einen Katalysator und normale Temperatur, während die Seitenketten-Substitution Belichtung und höhere Temperatur benötigt. Die Seitenketten-Substitution verläuft schneller als die Kern-Substitution.
Welche Merksprüche gibt es, um die Reaktionsbedingungen für Kern- und Seitenketten-Substitution nicht zu verwechseln?
Kern-Substitution: K-K-K (Kern-Kälte-Katalysator). Seitenketten-Substitution: S-S-S (Seitenkette-Siedehitze-Sonnenlicht).
- Quote paper
- Thomas Leiser (Author), 2001, Halogenbenzole (Halogenarene), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/103636
