- Allgemein
- Eselsbrücke
- Wirkungsweise des Katalysators zur Bromierung
- Nitrierung mit Nitriersäure
- Sulfonierung und Desulfonierung
- Friedels-Craft-Alkylierung
- Friedels-Craft-Alkanoylierung
- Reduktion zum Alkylbenzen
- ipso-Substitution
Elektrophile Erstsubstitution am Benzenring
Allgemein
Um im konkreten Fall Brom oder Chlor an den Ring zu substituieren muss ein Katalysator verwendet werden. Dies ist für ein Halogen
entweder Aluminiumhalogenid 
(für Chlor und Brom konkret 
und 
) oder Eisenhalogenid (
) ((
) oder 
). Diese spalten das Halogenmolekül, so dass es positiv geladen als Elektrophil am Ring wirken kann (oben als Y-Ion dargestellt).
Weitere Elektrophile lassen sich mit 
oder mit einem Katalysator erzeugen:
Die letzten beiden Reaktionen sind als die berühmten Friedels-Craft-Reaktionen bekannt und sehr wichtig.
Eselsbrücke
Die Reaktionsbedingungen werden auch als KKK bezeichnet: Am Kern wird substituiert, wenn ein Katalysator vorhanden ist und weiterhin noch kalte Reaktionsbedingungen vorherrschen. (Im Gegensatz zur Seitenketten-Reaktion SSS.)
Wirkungsweise des Katalysators zur Bromierung
Genauer hingeschaut wirkt der Katalysator 
wie folgt. Andere Katalysatoren wie 
wirken ähnlich:
Danach greift Brom als 
den Ring an.
Ähnlich verhält es sich für 
und 
.
Nitrierung mit Nitriersäure
Zur Nitrierung des Benzens wird Nitriersäure verwendet. Diese besteht aus Salpetersäure (
) und Schwefelsäure (
). Die reaktive Spezis wird zunächst durch Angriff der Schwefelsäure an der Salpetersäure gebildet. Diese greift dann den Ring an:
Sulfonierung und Desulfonierung
Auch eine Sulfonierung kann durchgeführt werden. Die Sulfonierung ist reversibel. Man mag zunächst meinen, dass dies keinen Zweck hätte, jedoch kann die Sulfongruppe (
-Gruppe) dazu gebraucht werden, um eine Reaktion an einer Stelle zu hindern.
Die Sulfonierung findet mit Schwefeltrioxid 
statt, welches sich in rauchender Schwefelsäure befindet (
(konzentriert) + 
):
Die Desulfonierung kann mit Wasser und einer Säure als Katalysator durchgeführt werden:
Friedels-Craft-Alkylierung
Um Alkylreste an den Ring zu addieren, kann die Friedels-Craft-Alkylierung verwendet werden:
Dieser Alkylierung sind jedoch enge Grenzen gesetzt, weshalb die Friedels-Craft-Alkanoylierung erfunden wurde. Die Grenzen sind die folgenden beiden:
- Die Alkylierung kann nicht angehalten werden. Sie fährt weiter fort, so dass es zu Mehrfachalkylierungen kommt.
- Es gibt einen carbeniumionartigen Zustand. Kann sich das Carbenionion umlagern, so tut es das auch.
Friedels-Craft-Alkanoylierung
Die Friedels-Craft-Alkanoylierung führt über ein Alkanoylchlorid, welches zuvor synthetisiert werden muss oder direkt über Carbonsäureanhydride, welche aber mehr Katalysator benötigen.
Darstellung des Alkanoylchlorids:
Das Carbonsäureanhydrid:
Mittels 
entsteht hierraus nun das Acylium-Ion:
Dieses addiert nun zu dem folgenden Produkt an den Benzenring:
Reduktion zum Alkylbenzen
Mittels der Clemmensen-Reduktion mit 
und 
gelangen wir katalytisch wieder zum Alkylbenzen. Mit Hilfe der Wolff-Kishner-Reduktion gelingt uns das gleiche mit Hilfe von 
,
und 
.
ipso-Substitution
Die Friedels-Craft-Alkylierung kann rückwärts ablaufen, wenn Protonen vorhanden sind. Man nennt diese Substitution dann ipso-Substitution, weil sie am selben Kohlenstoffatom geschieht.