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Gabriel-Synthese
Sie ist eine chemische Methode zur selektiven Herstellung primärer Amine durch Hydrolyse oder Hydrazinolyse von Phthalimiden. Eine historisch interessante …
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Zweck und Grundprinzip
Die Gabriel-Synthese ist eine Namensreaktion der organischen Chemie zur selektiven Herstellung primärer Amine. Dabei reagiert Kaliumphthalimid zunächst mit einem Halogenalkan zu einem N-Alkylphthalimid. Dieses Zwischenprodukt wird anschließend durch Hydrazinolyse oder alkalische Hydrolyse gespalten, wodurch das gewünschte primäre Amin entsteht.
Herstellung durch Hydrazinolyse
Im ersten Schritt setzt sich Kaliumphthalimid mit einem Halogenalkan, beispielsweise einem Alkylbromid, zum entsprechenden N-Alkylphthalimid um. Dieses reagiert danach mit Hydrazin.
Die Hydrazinolyse, auch Ing-Manske-Variante genannt, läuft innerhalb einiger Stunden in siedendem Ethanol ab. Sie verläuft unter milden Bedingungen meist ohne Nebenreaktionen. Als Produkte entstehen das gewünschte primäre Amin und cyclisches Phthalhydrazid.
Die hohe Reaktionsfähigkeit des Hydrazins beruht auf seiner starken Nucleophilie, also seiner Fähigkeit, elektronenarme Stellen anzugreifen. Sie wird durch die benachbarten freien Elektronenpaare verstärkt; dieser Zusammenhang heißt α-Effekt.
Alternative alkalische Hydrolyse
N-Alkylphthalimide können statt durch Hydrazinolyse auch durch alkalische Hydrolyse beziehungsweise Verseifung gespalten werden. Hoch konzentrierte Natronlauge setzt das N-Alkylphthalimid dabei zum Phthalsäureanion und zu einem Alkylamin um. Diese Reaktion verläuft jedoch nur sehr langsam oder erfordert drastische Bedingungen und ist daher gegenüber der Hydrazinolyse weniger günstig.
Synthese von α-Aminosäuren
Wird anstelle eines Halogenalkans Brommalonsäureester eingesetzt, lassen sich α-Aminosäuren herstellen. Die erste Reaktionsstufe folgt demselben Prinzip, wobei der Alkylrest durch den Malonsäureester ersetzt ist. Durch anschließende Hydrolyse kann der Aminmalonsäureester über α-Aminomalonsäure beispielsweise zur α-Aminosäure Glycin umgesetzt werden.
Der N-Phthalimidomalonsäureester lässt sich mit verschiedenen Alkylhalogeniden oder α,β-ungesättigten Carbonylverbindungen alkylieren. Dadurch sind unterschiedliche α-Aminosäuren zugänglich. Eine solche synthetische Darstellung von α-Aminosäuren gelang bereits 1889.
Praktische Bedeutung und Alternativen
Die direkte Reaktion von Halogenalkanen mit Ammoniak liefert primäre Amine nur in sehr geringen isolierbaren Mengen. Das zunächst entstehende primäre Amin ist ein besseres Nucleophil als Ammoniak und reagiert deshalb schneller mit weiterem Halogenalkan. Als Hauptprodukte entstehen schließlich ein tertiäres Amin und ein quartäres Ammoniumsalz. Die Gabriel-Synthese verhindert diese unerwünschte Mehrfachalkylierung und ermöglicht dadurch die selektive Bildung primärer Amine.
Sie ist jedoch ein reines Laborverfahren. Da stöchiometrische Mengen mehrerer Abfallstoffe entstehen, besitzt sie eine schlechte Atomökonomie und wird nicht für die technische Herstellung primärer Amine eingesetzt.
Eine atomökonomisch günstigere Alternative ist die Umsetzung eines Halogenalkans mit Natriumazid zum Alkylazid, das anschließend beispielsweise mit Lithiumaluminiumhydrid zum primären Amin reduziert wird. Bei der Reaktion mit Natriumcyanid und anschließender Reduktion entsteht ebenfalls ein primäres Amin; dabei wird die Kohlenstoffkette verlängert.