Friedel-Crafts-Acylierung von Toluol mit Acetylchlorid

[Wo_wohnt_dein_Haus]

Moin!
Möchte gerne mal Just4Fun eine Friedel-Crafts-Acylierung durchführen.
Ich habe Acetylchlorid und Toluol da. Nun habe ich ein paar Fragen, da mir der Reaktionmechnismus bekannt ist, aber mir praktische Erfahrung oder ein schlaues Buch fehlt.

1.) Ich möchte gerne AlCl3 als Katalysator anwenden. Reicht es einfach Alufolie in HCl aufzulösen und einzudampfen, oder wird größere Reinheit benötigt.
(Falls keine größere Reinheit benötigt wird schreibe ich die Tage vielleicht eine bebilderte Herstellung von AlCl3, evtl. mit Rekristallisation) Oder geht das wegen dem enstehenden Hexahydrates nicht? Gibt es notfalls andere einfach zu gewinnene Katalysatoren?

2.) Muss ein Lösemittel verwendet werden oder reicht es Toluol im Überschuss zu verwenden?

3.) Welches Verhältnis von Kat., Toloul und Säurechlorid müssen verwendet werden.

4.) Reaktionszeit

5.) Aufarbeitung - Ich dachte an simple Destillation - oder kristallisiert Acetophenon im Kühler (Mp ist 20°C)? Ist Vakuum zwingend notwendig? Würde es ansonsten auch das Abdampfen des Toluols und anschließende Waschen mit Wasser tun?

6.) Lohnt es sich das ganze in der Mikrowelle zu machen? Interessiere mich nämlich für Mikrowellenchemie und habe in einer meiner PDFs über Mikrowellenchemie (" http://rapidshare.de/files/46959639/microwave.chemistry.rationalization.pdf.html ", Seite 9215) welches ich von nem Freund habe gelesen, dass sich so besonders hohe Erträge bei kurzer Reaktionszeit erzielen lassen. Wenn ja, wie genau würdet ihr das anstellen?

Freue mich über jede Antwort!

[Kanonenfutter]

Hi,

zu 1: Das AlCl3 muss wasserfrei sein, daeher gehts nicht mit Säure + Al
zu 2: Du kannst gleich Toluol im Überschuss verwenden
zu 3: Der Kat mind. 1:1 mit dem Säurechlorid
zu 4: Guck mal im Organikum, da ist genau die Reaktion beschrieben
zu 5: Guck mal im Organikum, da ist genau die Reaktion beschrieben

[Mephisto]

Als Ergänzung noch eine Vorschrift kurz in Stichwörtern: Suspension von 40.0 g (0.3 mol) wasserfreiem Aluminiumchlorid in 100 ml wasserfreiem Dichlormethan; Zutropfen von 20.4 g (0.26 mol) Acetylchlorid unter Rühren und Eiskühlung; anschließendes Zutropfen von 23.0 g (0.25 mol) Toluol, sodass die Temperatur der Reaktionsmischung ca. 20 °C beträgt; nach beendeter Zugabe wird 1 h bei RT gerührt und 14 h stehenlassen.

Aufarbeitung: Zerstörung des AlCl3-Komplexes durch Eingießen auf 125 g zerkleinertes Eis; Hinzugeben von etwas konz. HCl zu (wenig), bis sich das ausgefallene Al(OH)3 gelöst hat; organische Phase wird abgetrennt; wässrige Phase wird zweimal mit insgesamt 150 ml CH2Cl2 extrahiert; Waschen der vereinigten organischen Phasen mit H2O, 2%-iger NaOH, H2O und gesättigter NaCl-Lösung; Trocknen mit Na2SO4; Lösungsmittel abziehen und Rückstand im Vakuum destillieren; Ausbeute 19.1 g (57%) Sdp.₈ 94 °C, (Sdp.₁₄ 110 °C).

Quelle: L. F. Tietze und Th. Eicher; Reaktionen und Synthesen im organisch-chemischen Praktikum und Forschungslaboratorium, Georg Thieme Verlag, 2. Auflage, Stuttgart, New York 1991

[Patrick]

Hi,
um deine Fragen zu beantworten
Zu 1:Wenn du alufolie mit HCl reagieren lässt erhälst du AlCl3-Hexahydrat. Ich glaube man kann auch FeCl3 verwenden.
Ich habe die gleiche Reaktion mit wasserfreiem AlCl3 schonmal durchgeführt.

 Du brauchst 1,2-Dichlorethan als Lösemittel und molare Mengen an AlCl3 da der Katalysator einen Komplex mit dem gebildetem Keton eingeht.

Hier die Synthese von 4-Methyl-acetophenon:

In einem 1-l-dreihalskolben mit Magnetrührer, tropftrichter und rückflusskühler mit Calciumchloridrohr werden 400ml 1,2dichlorethan mit 160g wasserfreiem AlCl3 (1,2Mol) vermischt. Den Kolben kühlt man von außen durch Eiswasser und gibt langsam unter Rühren 85,5g Acetylchlorid (1,05Mol) hinzu. Als nächstes gibt man über den Tropftrichter 80ml Toluol hinzu und achtet datauf, dass die Temperatur bei 15-20°C bleibt sonst kann es passieren, dass das Dichlorethan mitreagiert..Nach Zugabe von etwa 2ml Toluol setzt eine kräftige Chlorwasserstoffgasentwicklung ein. Es sollte unter einen gut funktionierenden Abzug gearbeitet werden. Um die reaktion zu beenden wird noch etwa eine Stunde gerührt, während auf einem siedenden Wasserbad erhitzt wird und dann solange stehengelassen bis der kolbeninhalt erkaltet ist.

Nun gießt man langsam und vorsichtig auf 500ml Eis um hydrolytisch den Keton- AlCl3-Komplex zu trennen.Dies habe ich in einen großen Becherglas gemacht da die Hydrolyse stark exotherm verläuft.Es bilden sich zwei Phasen:Oben schwimmt eine gelb-bräunliche organische Schicht, die durch gebildetes Aluminiumhydroxid leicht getrübt ist, welches man mit etwas konz. Salzsäure in Lösung bringt.

Nun trennt man im scheidetrichter die org. Phase ab und extahiert die wässrige Phase zweimal entweder mit Ether oder Dichlorethan. Die vereinigten Extrakte werden erst Wasser dann mit verd.Natronlauge(2-4°/.)und wieder mit Wasser gewaschen.Danach trocknet man über Kaliumcarbonat oder calciumchlorid. Nun wird zuerst das Dichlorethan unter Vakuum abdestilliert und dann das 4-Methyl-acetophenon. Ich erhiehlt 124,3g, das entspricht einer ausbeute von etwa 92%

[Wo_wohnt_dein_Haus]

Danke für die tollen Antworten!!!
Besonders letztere ist echt so gut wie selten eine!
Ich werde es wohl in DCM machen und AlCl3 kaufen!

[rhodium]

Ich würde einen Toluol-Überschuss als LM einsetzen. Da hat man auf jedenfall mehr "Reserve" sollte die Reaktion zu heftig werden. Methylenchlorid siedet einem in null komma nix davon.

Ausserdem kann Methylenchlorid in Gegenwart von Aluminiumchlorid als Alkylierungsmittel Friedel-Crafts-Alkylierungen eingehen, zumindest gibt es (wenig) Literatur darüber.  ... Nebenprodukte gibt es so sicher mehr als bei der Verwendung von Toluol als LM.

[dawt]

Entschludigt das Ausgraben...
Wie sieht es eigentlich mit der Ausbeute aus, wenn man Essigsäureanhydrid anstatt von Acetylchlorid benutzt? Im Organikum ist für die Reaktion mit dem Chlorid nur eine Ausbeute von 70% angegeben. Ich sehe aber, wie auch hier im Thread, regelmäßig Ausbeuten von >90%.

[prawda]

Hallo,

ich habe gleich die nächste Frage:

Wie sieht das aus, wenn man nicht in 4-Position acylieren will. Könnte man dann statt Toluol p-Toluylsäure verwenden, damit in meta-Position acyliert wird. Hinterher decarboxyliert man das Produkt und hätte dann 2-methylacetophenon. Oder wird das schon im ersten Schritt scheitern, weil die Carboxygruppe deaktivierend ist und die Ausbeute nicht mehr besonders toll wird?

[Heuteufel]

Wie sieht es eigentlich mit der Ausbeute aus, wenn man Essigsäureanhydrid anstatt von Acetylchlorid benutzt?

Im Weygand-Hilgetag steht zur Acylierung mit Ac₂O:

This often gives better yields than are obtained from the corresponding acyl chloride, e.g., in the case of acetophenone.

Ich glaube, ich habe irgendwo was von über 90 % gelesen. Sowieso, bei Reaktionen, die mit so hoher Ausbeute ablaufen, machen ein paar % mehr oder weniger im Labormasstab auch nicht viel aus.

Wie sieht das aus, wenn man nicht in 4-Position acylieren will. Könnte man dann statt Toluol p-Toluylsäure verwenden, damit in meta-Position acyliert wird. Hinterher decarboxyliert man das Produkt und hätte dann 2-methylacetophenon. Oder wird das schon im ersten Schritt scheitern, weil die Carboxygruppe deaktivierend ist und die Ausbeute nicht mehr besonders toll wird?

Ich bin mir nicht 100 % sicher, aber ich glaube:
1) Schon die Acylierung wird nichts werden.
2) Wenn die Acylierung was würde, würde es spätestens bei der Decarboxylierung in die Hose gehen. Mir fällt keine Methode ein, die Carboxygruppe ab zu bekommen, die das 2-Methylacetophenon überleben würde. Ich könnte mir sogar vorstellen, dass das Ganze in einer Explosion enden würde. An was hast du gedacht?

Kann aber auch sein, dass ich mich irre...

Meiner Meinung nach wäre eine elegante Methode dein Produkt herzustellen die Reaktion von 2-Methylbenzonitril mit Methylmagnesiumiodid.

[prawda]

Naja, dass die Acylierung ein Problem werden könnte, habe ich mir schon gedacht. Da sich die aktivierende (-CH3) und deaktivierende (-COOH) Wirkung in etwa aufheben, ist man wieder bei der Reaktivität von Benzol. Allerdings kommt noch die sterische Behinderung hinzu, was mich skeptisch werden lässt. Allerdings geht Acylierung von Benzoesäure wohl auch gerade noch, also könnte ich mir vorstellen, dass das auch noch gehen wird (Ausbeute ist halt die Frage).

Bei Punkt 2) war ich eigentlich nicht so skeptisch. Da bei alpha-Ketosäuren eine decarboxylierung schon fast stattfindet, wenn man sie schief anschaut und bei beta-Ketosäuren decarboxylierungen auch nicht so kompliziert sind, dachte ich mir, dass auch in dem Fall erst die -COOH Gruppe abgespalten wird, bevor die Ketogruppe schaden nimmt.

Eine Möglichkeit wäre mit Carvon als Katalysator in einem passenden Lösungsmittel zu decarboxylieren. Mit Aminosäuren ging das sehr gut. (Quelle: http://www.erowid.org/archive/rhodium/chemistry/trp.decarbox.enone.html). Ist aber nur wilde Spekulation, ob das mit dieser "Phenonsäure" funktioniert.

Warum sollte das Bumm machen? Gibts da etwas, das prinzipiell dafür spricht oder einfach weil Erhitzen, bis was passiert, gerne dazu führt?

[Heuteufel]

Allerdings geht Acylierung von Benzoesäure wohl auch gerade noch

Quelle?

Bei Punkt 2) war ich eigentlich nicht so skeptisch. Da bei alpha-Ketosäuren eine decarboxylierung schon fast stattfindet, wenn man sie schief anschaut und bei beta-Ketosäuren decarboxylierungen auch nicht so kompliziert sind, dachte ich mir, dass auch in dem Fall erst die -COOH Gruppe abgespalten wird, bevor die Ketogruppe schaden nimmt.

Ja, bei aliphatischen alpha und beta-Ketosäuren. Hier hat man einen aromatischen Ring. Ich dachte, du wolltest durch Erhitzen mit einer starken Base decarboxylieren. Dabei könnte es möglicherweise zu einer heftigen Zersetzungsreaktion kommen (Vermutung ).
Hier mal aus dem Weygand-Hilgetag:

Aliphatic acids can normally be decarboxylated only under rather extreme conditions, and the same applies to simple aromatic carboxylic acids unless the attachment of the carboxyl group is weakened by, e.g., ortho- or para-hydroxyl groups or by a hetero-ring atom (at a suitable distance from the carboxyl group).

Carboxylic acids that are difficult to decarboxylate comprise in particular the aliphatic acids and simple aromatic carboxylic acids. They can be decarboxylated only by pyrogenic decomposition of their salts in admixture with an alkali hydroxide or lime. In such mixtures an additional charge produced on the carboxyl group makes it possible, by induction, to remove the group R as an anion

Hier sieht man, welche Bedingungen erfüllt sein müssen, damit die Decarboxylierung gut läuft:

Aromatic o-hydroxy carboxylic acids behave very similarly to beta oxo carboxylic acids; they sometimes lose carbon dioxide when merely boiled with water, but this is a general reaction when they are heated with pyridine, quinoline, aniline, or dimethylaniline. This behavior can certainly be ascribed to reaction of aromatic o-hydroxy acids as the keto tautomer

Analogous para-hydroxy and para-amino carboxylic acids can be decarboxylated under similar conditions, as in their keto and imino forms they can be regarded as vinylogous beta-oxo acids. The corresponding m-hydroxy and m-amino carboxylic acids, however, are largely stable on thermal treatment, as is benzoic acid.

Eine Möglichkeit wäre mit Carvon als Katalysator in einem passenden Lösungsmittel zu decarboxylieren. Mit Aminosäuren ging das sehr gut. (Quelle: http://www.erowid.org/archive/rhodium/chemistry/trp.decarbox.enone.html). Ist aber nur wilde Spekulation, ob das mit dieser "Phenonsäure" funktioniert.

Ich kenne das nur mit Aminosäuren...
Ich habe auch noch was mit Kupfer/Chinolin im Hinterkopf, aber ich kann mich nicht mehr genau erinnern.