Trisubstituierte Benzole

Grundaufbau und Isomerie

Trisubstituierte Benzole sind aromatische Verbindungen mit einem Benzolring, an den drei Substituenten gebunden sind. Die Substituenten können alle gleich, teilweise gleich oder alle verschieden sein. Ihre Positionen am Ring bestimmen die Struktur und damit das jeweilige Konstitutionsisomer, also eine Verbindung mit gleicher Summenformel, aber anderer Verknüpfung der Atome.

Für drei gleiche Substituenten gibt es drei mögliche Anordnungsmuster: vicinal (vic.), asymmetrisch (asym.) und symmetrisch (sym.). Sie entsprechen den Positionsmustern 1,2,3, 1,2,4 und 1,3,5. Insgesamt entstehen bei drei gleichen Substituenten drei Konstitutionsisomere. Bei zwei verschiedenen Substituenten sind sechs, bei drei verschiedenen Substituenten zehn Konstitutionsisomere möglich.

Benennung und wichtige Beispiele

Die Namen trisubstituierter Benzole hängen von der Art und Anordnung der Substituenten ab. Häufig werden Trivialnamen verwendet, also gebräuchliche Namen, die nicht unmittelbar aus einer einheitlichen systematischen Benennung hervorgehen.

Bei den drei Trimethylbenzolen existiert kein gemeinsamer Stammname für die einzelnen Isomere. Das vicinale Isomer heißt Hemellitol, das asymmetrische Pseudocumol und das symmetrische Mesitylen. Entsprechend heißen die drei Trihydroxybenzole Pyrogallol, Hydroxyhydrochinon und Phloroglucin.

Verbindungen mit zwei Methylgruppen und einer Hydroxygruppe können als Dimethylphenole oder Hydroxyxylole bezeichnet werden; ihr gemeinsamer Trivialname lautet Xylenole. Verbindungen mit zwei Hydroxygruppen und einer Methylgruppe lassen sich als Methylderivate von Brenzcatechin, Resorcin oder Hydrochinon auffassen. Da diese Dihydroxybenzole keinen gemeinsamen Trivialnamen besitzen, werden sie zusammenfassend Dihydroxytoluole genannt. Ein Beispiel ist Orcin, also 3,5-Dihydroxytoluol.

Verbindungen mit gleichen oder zwei verschiedenen Gruppen

Bei drei gleichen Substituenten treten jeweils eine vicinale, eine asymmetrische und eine symmetrische Form auf. Dazu gehören unter anderem Trimethylbenzole, Trihydroxybenzole, Trimethoxybenzole, Triaminobenzole, Trinitrobenzole, Trifluorbenzole, Trichlorbenzole, Tribrombenzole, Triiodbenzole und Benzoltricarbonsäuren.

Bei zwei verschiedenen Substituenten kommt eine Gruppe zweimal und die andere einmal vor; dadurch sind sechs Positionsisomere möglich. Die Stoffgruppen werden meist aus den Bezeichnungen der beteiligten Gruppen oder von einem bereits substituierten Benzol abgeleitet. Beispiele sind:

• zwei Methylgruppen mit einer weiteren Gruppe: Xylenole mit –OH, Dimethoxytoluole mit –OCH₃, Diaminotoluole beziehungsweise Methylphenylendiamine mit –NH₂ und Dinitrotoluole mit –NO₂;

• zwei Hydroxygruppen mit einer weiteren Gruppe: Dihydroxytoluole mit –CH₃, Dihydroxyanisole mit –OCH₃, Dihydroxyaniline mit –NH₂ und Nitrodihydroxybenzole mit –NO₂;

• zwei Methoxy-, Amino- oder Nitrogruppen: beispielsweise Dimethoxyphenole, Diaminophenole beziehungsweise Hydroxyphenylendiamine und Dinitrophenole;

• Halogensubstituenten: etwa Difluor-, Dichlor-, Dibrom- und Diiodderivate von Toluol, Phenol, Anisol, Anilin, Nitrobenzol oder Benzoesäure;

• eine Carboxygruppe –COOH zusammen mit zwei gleichen weiteren Gruppen: Dimethyl-, Dihydroxy-, Dimethoxy-, Diamino- und Dinitrobenzoesäuren sowie entsprechende Dihalogenbenzoesäuren.

Drei unterschiedliche Gruppen

Trägt der Benzolring drei verschiedene Substituenten, sind zehn Konstitutionsisomere möglich. Zu den genannten Stoffgruppen zählen Hydroxymethoxybenzylalkohole, Hydroxymethoxybenzaldehyde, Hydroxymethoxybenzoesäuren, Kresidine, Nitrotoluidine, Nitroanisidine und Chlorkresole.

Typische Beispiele innerhalb der ersten drei Gruppen sind Vanillylalkohol, Isovanillylalkohol und ortho-Vanillylalkohol; Vanillin, Isovanillin und ortho-Vanillin; sowie Vanillinsäure, Isovanillinsäure und ortho-Vanillinsäure. Auch 2-Amino-1-methoxy-4-methylbenzol, das als p-Kresidin bezeichnet wird, ist ein trisubstituiertes Benzol.

Herstellung

Trisubstituierte Benzole lassen sich durch eine Substitutionsreaktion aus disubstituierten Benzolen herstellen. Bei einer elektrophilen aromatischen Substitution wird ein weiteres Elektrophil am aromatischen Ring eingeführt. Für die Position des neuen Substituenten müssen die dirigierenden Einflüsse beider bereits vorhandenen Substituenten berücksichtigt werden.

Eine weitere Gewinnungsmöglichkeit geht von mono- oder disubstituierten Alkinen aus. Daraus können symmetrisch trisubstituierte Benzole mit den Positionsmustern 1,3,5 beziehungsweise 2,4,6 oder asymmetrisch trisubstituierte Benzole mit den Positionsmustern 1,2,4 beziehungsweise 3,5,6 entstehen.