Elektrophile aromatische Substitution
Chemie - simpleclub
https://www.youtube.com/watch?v=203wcS1D1Kg

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 Moin Leute. Eines der Hauptthemengebiete der Oberstufe sind die Aromaten. Durch welchen Mechanismus man an diese Aromaten verschiedene Reste dran bringt,
0:09 seht ihr jetzt. [Musik] Dafür schauen wir uns die elektrophile aromatische Substitution an. Erstmal
0:21 denkt man, da drei Kackwörter am Stück, aber was steckt dahinter? Gehen wir es mal durch. Fangen wir dafür aber beim einfachsten an. aromatisch.
0:31 Das heißt, die Reaktionen finden an einem Aromatenstatt, also einem Ringsystem mit konjugierten Doppelbindungen, das die Hückelregel
0:39 erfüllt, wie z.B. an Benol. Substitution bedeutet nichts anderes als das Ersetzen eines Restes. Also wissen wir schon mal, dass irgendein Rest am Aromaten ersetzt
0:50 wird. Das kann am Beispiel von Benzol jetzt nur ein Hartom sein. Und jetzt kommen wir zu Elektrophil. Wie alle Wörter, die auf viel enden wie
1:00 hydrophil bedeutet der Teil liebend. Also insgesamt Elektronenliebend. Da Elektronen negativ geladen sind, sind elektrophile Stoffe positiv geladen,
1:11 also z.B. ein positiv geladenes Bromiion. Also noch mal zusammengefasst, handelt es sich um eine Reaktion am Aromaten,
1:18 bei der ein positiv geladener Stoff angreift und einen vorhandenen Rest ersetzt. Jetzt wo wir wissen, um was es geht,
1:26 schauen wir uns den Mechanismus genauer an. Den muss man nämlich auch aufzeichnen können. Dafür bleiben wir in unserem Beispiel mit Benzol und Brom.
1:35 Von unserem Benzol gibt es mesomere Grenzformeln. Wir nehmen uns jetzt eine davon. Nun brauchen wir unser Elektrofil. Das erhalten wir dadurch,
1:44 dass elementares Brom BR2 durch einen Katalysator gespalten wird in BR+ und BR-. Das Elektrophil BR+ nähert sich dem
1:54 elektronenreichen Aromaten. Hier klappt eine Doppelbindung raus, sodass das Elektropfil an den Aromaten gebunden wird. Dadurch kommt es zur Bildung des
2:04 Sigmakomplexes. Dadurch geht aber die Aromatiität verloren. Also hier erfüllt unser Stoff nicht mehr die Hückelregel.
2:13 Im Sigma Komplex haben wir jetzt auch die positive Ladung, weil irgendwo muss die ja auch hin. Die sitzt jetzt aber nicht fest an einem Ort. Sie ist durch
2:22 mesomere Grenzstrukturen, die durch das Klappen von Doppelbindungen erfolgen, beweglich. Anschließend kommt es jetzt zur
2:29 Abspaltung eines Protons. Grund dafür ist, dass der Stoff dadurch wieder zu einem Aromaten wird. Insgesamt haben wir also den Wasserstoffrest durch einen
2:39 Bromrest ersetzt. Allin funktioniert das Ganze also, wenn wir ein Elektrophil und einen Aromaten haben. Welchen Rest wir ersetzen, war in dem Beispiel mit
2:49 Benzolia egal. Anders sieht es aus, wenn Aromaten schon Gruppen besitzen, z.B. bei Anilin. Hier haben wir eine NH2 Gruppe als Rest am
2:59 Aromaten. Von der aus gesehen gibt es jetzt verschiedene Möglichkeiten, welcher Rest ersetzt werden kann. Entweder der in direkter Nachbarschaft.
3:08 Diese Position wird mit Orto bezeichnet oder aber auf der genau gegenüberliegenden Seite der sogenannten Parer Position. Eine weitere Möglichkeit
3:18 wäre die Metaposition genau mittendrin. Jetzt könnte man ja denken, ist es vollkommen zufällig, welches Produkt hier bei einer elektrophilen
3:26 aromatischen Substitution entsteht, aber das stimmt nicht. Der NA2 Rest hat nämlich eine dirigierende Wirkung. Wie ein Dirigent sagt er, wo es lang geht.
3:37 Um das zu verstehen, schauen wir uns hier den Sigmakomplex an. Greift ein Elektrophil in der Ortoposition an, dann kann die positive Ladung im Sigmakomplex
3:47 noch durch eine weitere Mesomere Grenzstruktur stabilisiert werden. Genau das gleiche halten wir, wenn wir in Parosition angreifen. Nur in der
3:56 Metaposition klappt das nicht. Deshalb sind hier Orto und Para günstiger und wir erhalten die auch als Produkte und Meter eben
4:05 schauen wir uns an, welche Reste wie dirigieren. Reste, die ein freies Elektronenpaar besitzen, das in den Aromaten reinklappen kann, dirigieren
4:15 bei einer Substitution in Orto und Paraukte, denn im Ring befindet sich dann die negative Ladung, wo der positiv geladene
4:23 Substituent angreifen kann, bevorzugt an diesen Stellen. Dieser Effekt wird plus Mffekt genannt. Hierzu zählen Reste wie Sauerstoff, wie OH,
4:33 Stickstoffverbindungen wie NH2 und die Halogene Fluor, Chlor, Brom und Jod. Es gibt aber auch den -Fekt. Hier können Doppelbindungen herausklappen, wie bei
4:45 einer Karboxylgruppe oder ähnlichen Gruppen. Dadurch ist schon eine positivere Ladung in Orto und Fahrerstellung und das Elektropfil
4:53 greift hier nicht an. Bleibt nur noch die Metapposition. Deshalb entsteht bei Substituenten mit MEF auch das Metaprodukt.
5:04 Falls Stoffe keinen mesomeren Effekt besitzen, wie beispielsweise Alkühlreste oder Ammoniumreste, kommt es auf den induktiven Effekt an. Alkühlreste, also
5:14 einfach nur Kohlenstoffketten, schieben Elektronen in den Aromaten. Dadurch können positive Ladungen an dieser Position gut stabilisiert werden. Der
5:23 diese positiven Ladungen im Ring entstehen im Übergangszustand, also im Sigma Komplex und wir erhalten so Orto und Paraprodukte.
5:33 Für deren Sigmakomplexe gibt es dort jeweils positive Ladungen. Für den Metasigmakomplex würde eine positive Ladung der negativen Ringgegend
5:42 gegenüberlegen. Gar nicht so günstig. Bei Ammoniumsalzen wie NH3+ haben wir dagegen einen -ie Effekt. Elektronendichte wird dem Aromaten
5:52 entzogen. Wenn wir hier mit einem Elektrophil anparer oder Orttoposition angreifen, erhalten wir im Übergangszustand zwei positive Ladungen
6:01 direkt nebeneinander. Das ist aber sehr ungünstig. Deshalb entstehen hier Metaprodukte. Da kann die positive Ladung im Ring auch am weitesten weg
6:11 sein von der positiven Ringgegend. Was sollt ihr hier mitnehmen? Was eine elektrophile aromatische Substitution ist, wie der Mechanismus aussieht und
6:20 abläuft. Hierbei vor allem der Sigmakomplex. Zudem was es heißt, dass Reste dirigieren, an welchen Stellen das sein
6:29 kann und was der mesomere und der induktive Effekt sind. Gar nicht so wenig, aber zur Not einfach noch mal schauen. Für die Grundlagen hierzu
6:38 eignet sich unser Video über Aromaten. Klickt einfach drauf und schaut euch an. Haut rein und bis bald. Co?