5.3 Nucleophile aromatische Substitutionen

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1 Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet ucleophile aromatische Substitutionen Der ückseitenangriff ist bei Arylhalogeniden nicht möglich. Da weiterhin Phenylkationen nicht resonanzstabilisiert sind, können Arylhalogenide weder S noch S 1eaktionen eingehen und sind daher gegenüber ucleophilen ziemlich inert. AdditionsEliminierungsMechanismus Wenn starke Elektronenakzeptoren am Benzolkern vorliegen (z. B. itrogruppen), kann ein ucleophil in o oder pstellung zu diesem Akzeptor addiert werden, und es bildet sich ein σaddukt (MeisenheimerKomplex). egt an dieser Position eine gute Abgangsgruppe (z. B. alogen) vor, kommt es zu einer nucleophilen Substitution.

2 Jakob Meisenheimer (190): Me Et K Et K Me stabiles Salz (MeisenheimerKomplex) eaktivitätsreihe der Abgangsgruppen anders als bei S eaktionen: I k rel = (rel. eaktivität gegenüber Piperidin) Die C albindung wird im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt nicht gelöst. Die oben skizzierte AdditionsEliminierungsSequenz wird häufig angewendet, um alogene in ortho und parastellung zu einer itrogruppe zu ersetzen. Dieses Prinzip wurde von Sanger zur Endgruppenbestimmung von Peptiden genutzt. SangerAbbau zur Bestimmung der terminalen Aminosäure. ' C C C ' C C C 6 M / C C AminosäureGemisch Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 15

3 Prinzip der eaktivarbstoffe ucleophile aromatische Substitutionen haben große Bedeutung bei eterocyclen Bsp.: Trichlortriazin als Anker bei der Anbindung von arbstoffen an Baumwolle ( aufeinander folgende S Areaktionen) Jedes Atom im ing wirkt quasi wie eine itrogruppe am Benzolkern arbstoff arbstoff Baumwolle arbstoff Baumwolle Substitution von Wasserstoff xidans : Die ydridabspaltung ist nur möglich, wenn ein xidationsmittel zugegen ist (, K 3 etc.). Tschitschibabineaktion 3 Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 16

4 EliminierungsAdditionsMechanismus Werden alogenbenzole ohne zusätzliche AkzeptorSubstituenten mit sehr starken Basen (z. B. a in flüssigem 3 ) oder mit starken Basen bei hohen Temperaturen (z.b. a/ bei 350 C) umgesetzt, kommt es unter alogenwasserstoff Eliminierung zur Bildung eines Arins (Dehydrobenzol, Benzin), das wegen der darin vorliegenden ingspannung (CCDreifachbindung im sechsgliedrigen ing) sehr reaktiv ist. Bei substituierten Aromaten erfolgt oft die Bildung von Isomerengemischen. a 360 C Druck a atriumphenolat C 3 C 3 a / 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 17

5 Andere Vorstufen von Arinen: C 3 C 5 11 Δ C C Anthranilsäure Biphenylen Bu Δ Mg Mg 60 C C Δ S Beweis für das intermediäre Auftreten eines Arins: Das nach unterschiedlichen Methoden erzeugte Benzin zeigt in einem Konkurrenzexperiment mit Cyclohexa 1,3dien und uran die gleichen Konkurrenzkonstanten: k 1 k k 1 /k = 1/1 (unabhängig von der BenzinVorstufe) Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 18

6 Substitutionen der DiazoniumGruppierung Phenol Iodbenzol entsteht beim Versetzen von Benzoldiazoniumchlorid mit KILösung. Die Stickstoffentwicklung setzt bereits in der Kälte ein. K I K Iodbenzol,, und C reagieren unter diesen Bedingungen nicht. Setzt man jedoch Diazoniumsalze mit den entsprechenden Kupfer(I)Salzen um, kommt es über einen adikalmechanismus zum Ersatz der DiazoniumGruppe durch, oder C (Sandmeyereaktion). [CuX] X X =,, C Ar : Cu I X Ar : Cu II X X Ar X Cu I X Ar Cu II X Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 19

7 Im Gegensatz zu Benzoldiazoniumchlorid lässt sich das bei Zimmertemperatur stabile Benzoldiazoniumtetrafluoroborat beim trockenen Erhitzen kontrolliert zersetzen. Man erhält auf diese Weise das durch direkte luorierung von Benzol nicht zugängliche luorbenzol (Schiemanneaktion). Δ B 4 B4 Durch Umsetzung mit einem eduktionsmittel (z.b. hypophosphoriger Säure 3 P oder ab 4 ) lässt sich die Gruppierung durch ersetzen. 3 P Diese eaktion hat Bedeutung zur erstellung von substituierten Benzolen mit einem durch direkte Substitution nicht zugänglichen Substituentenmuster, z.b. 3 3 P Zusammenfassung wichtiger Substitutionen der DiazoniumGruppe S a n d m e y e r C Cu Cu CuC I I 3 P oder B 4 B 4 Salz trocken erhitzen, Δ eduktion Schiemann PhenolVerkochung Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 130

8 5.4 Additionen an aromatische Systeme Wegen der hohen Stabilität der aromatischen πsysteme sind Additionen problematisch. Katalytische ydrierungen unter Druck werden im Kapitel eduktionen behandelt. Cycloadditionen laufen bevorzugt mit MehrkernAromaten oder eteroaromaten ab. :C orcaradien 5.5 Metallvermittelte unktionalisierung von Aromaten Verwendung von Metalldirigierenden Gruppen (MDG) Bu olgereaktionen E MDG MDG E MDG Ar MDG = Ar, Ar Et, Ar Et Amide Carbamate thioamide Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 131

9 Beispiele: Et Et Et Et Et Et Et B(Me) 3 B(Me) Boronsäureester Palladiumkatalysierte Kreuzkupplungen Pd 0 kat. 1 M X 1 M X Metallorganisches eagens X = alogenid od. Triflat (C 3 S 3 ) Kupplungsprodukt Metallhalogenid M = Znal: egishieaktionen M = B() : M = Sn 3 : M = MgX: Suzukieaktionen Stilleeaktionen Kumadaeaktionen (mit ikatalysator) Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 13

10 Beispiele: egishikreuzkupplungen 1 ZnI Pd(PPh 3 ) 4 (1 mol%), T 5 C 1 1, sind sehr variabel: Elektronenziehende und elektronenschiebende Substituenten in verschiedenen Positionen (z. B. C, C,,, Me) SuzukiKreuzkupplungen 1 B Aryl Pd(PPh 3 ) 4 a 1 Aryl erstellung des Vinylboronats durch ydroborierung des Alkins 1 C C (s. Vorlesung der letzten Woche). Mechanismus: Pd II X L eduktion 1 reduktive Eliminierung PdL Pd 0 (14 e) 1 X oxidative Addition Pd II (16 e) 1 PdL 1 PdL X Pd II (16 e) Transmetallierung MX MX Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 133

11 eckeaktion: C Me (Ph 3 P) Pd(Ac) 3 C Me Mechanismus: Durch das tertiäre Amin wird das eingesetzte Pd(II) zu Pd 0 reduziert [Pd(PPh 3 ) ]. reduktive Eliminierung Base Pd 0 (14 e) Produkt Ar Pd II (16 e) βydrid Eliminierung Ar Pd II (16 e) Base PdL PdL Insertion PdL Ar PdL Ar Pd II (18 e) oxidative Addition PdL Ar Pd II (16 e) Prof.. Mayr, LMU München, C Vorlesung im WS 009/010 Achtung Lückentext. ur als Begleittext zur Vorlesung geeignet. 134