Aromatic Side Chain Oxidation to Carboxylic Acid

Summary

In diesem Video erklärt Leah von leah4sci.com die Oxidation von alkylsubstituierten Benzolen, insbesondere die Umwandlung von Methylgruppen zu Carbonsäuren mithilfe starker Oxidationsmittel wie Chromsäure, Natriumdichromat oder Kaliumpermanganat. Der Schlüsselprozess besteht darin, dass das Oxidationsmittel den benzylierten Wasserstoff (das Wasserstoffatom am benzylierten Kohlenstoff) angreift, was die Oxidation in Gang setzt. Es wird gezeigt, dass jede alkylseitige Gruppe mit einem benzylierten Wasserstoff bis zur Carbonsäure oxidiert wird, während Substituenten ohne benzylierten Wasserstoff nicht reagieren. Ein interessanter Punkt ist die Oxidation von komplexeren Systemen, wie bei fusionierten Ringstrukturen, die ebenfalls durch diese Oxidation betroffen sind.

Takeaways

• 😀 Die Oxidation von aromatischen Seitenketten, wie Toluol, mit starken Oxidationsmitteln führt zu Carbonsäuren.
• 😀 Potassiumpermanganat, Chromsäure und Natriumdichromat sind gängige Oxidationsmittel für diese Reaktion.
• 😀 Alken und Benzol sind sehr stabil und reagieren nicht mit Oxidationsmitteln, aber ein Alkylsubstituent am Benzolring wird oxidiert.
• 😀 Der benzyliche Kohlenstoff, also der Kohlenstoff direkt am Benzolring, ist der reaktive Bestandteil für die Oxidation.
• 😀 Die Oxidation erfolgt nur, wenn am benzylichen Kohlenstoff ein Wasserstoffatom vorhanden ist.
• 😀 Ohne den benzylichen Wasserstoff erfolgt keine Oxidation, daher ist der benzyliche Wasserstoff entscheidend für den Prozess.
• 😀 Toluol (Methylgruppe an Benzol) wird zu Benzoesäure oxidiert.
• 😀 Eine Ethylgruppe an Benzol wird ebenfalls zu Benzoesäure oxidiert, da der benzyliche Kohlenstoff ein Wasserstoffatom trägt.
• 😀 Isopropylgruppen an Benzol können auch oxidiert werden, wenn der benzyliche Kohlenstoff ein Wasserstoffatom enthält.
• 😀 Eine tert-Butylgruppe an Benzol reagiert nicht mit Oxidationsmitteln, da keine benzyliche Wasserstoffatome vorhanden sind.
• 😀 Wenn Benzol mit zwei verschiedenen Substituenten reagieren soll, müssen beide Substituenten ein benzyliches Kohlenstoffatom mit mindestens einem Wasserstoffatom haben, damit die Oxidation stattfinden kann.

Q & A

Was passiert, wenn ein substituiertes Benzol wie Toluol mit einem starken Oxidationsmittel reagiert?

Das Methylgruppen des Toluols wird vollständig zu einer Carbonsäure oxidiert, wenn es mit starken Oxidationsmitteln wie Chromsäure oder Kaliumpermanganat reagiert.

Warum reagieren Alkylgruppen an Benzolringen anders als Alkene oder Alkane mit Oxidationsmitteln?

Alkene und Alkane sind stabil und reagieren nicht mit den gleichen Oxidationsmitteln, aber wenn eine Alkylgruppe an einen Benzolring gebunden ist, wird das benzyllische Kohlenstoffatom reaktiver und anfälliger für Oxidation.

Welche Rolle spielt das benzyllische Wasserstoffatom bei der Oxidation von Toluol?

Das benzyllische Wasserstoffatom am Kohlenstoff, der direkt an den Benzolring gebunden ist, wird benötigt, um die Oxidation einzuleiten. Ohne dieses Wasserstoffatom findet keine Oxidation statt.

Warum müssen wir H+ in einem zweiten Schritt hinzufügen, wenn Kaliumpermanganat zur Oxidation von Toluol verwendet wird?

Kaliumpermanganat wirkt unter basischen Bedingungen, wodurch ein Carboxylatanion entsteht. Das Hinzufügen von H+ im nächsten Schritt protoniert das Sauerstoffatom, um die neutrale Carbonsäure zu bilden.

Was passiert, wenn ein Benzolring mit einer tert-Butylgruppe oxidiert wird?

Da die tert-Butylgruppe keine benzyllischen Wasserstoffatome hat, kann die Oxidation nicht stattfinden. Ohne benzyllische Wasserstoffe gibt es keine Reaktion.

Wie wird ein Benzolring mit einer Ethylgruppe oxidiert?

Die Oxidation einer Ethylgruppe an einem Benzolring erfolgt, indem das benzyllische Kohlenstoffatom oxidiert wird, sodass das Ethyl zu einer Carbonsäure umgewandelt wird. Nur das benzyllische Kohlenstoffatom wird oxidiert, der Rest des Alkyls wird abgespalten.

Was passiert bei der Oxidation eines Benzolrings mit einer Isopropylgruppe?

Die Oxidation erfolgt genauso wie bei anderen Alkylgruppen, wobei das benzyllische Kohlenstoffatom oxidiert wird. In diesem Fall führt die Reaktion ebenfalls zur Bildung einer Carbonsäure, unabhängig von der Art des Alkylsubstituenten.

Kann ein Benzolring mit zwei unterschiedlichen Substituenten gleichzeitig oxidiert werden?

Ja, wenn beide Substituenten benzyllische Kohlenstoffe mit mindestens einem benzyllischen Wasserstoffatom enthalten, wird jeder dieser Kohlenstoffe zu einer Carbonsäure oxidiert, wobei die anderen Teile des Moleküls abgespalten werden.

Was passiert, wenn ein aromatischer Ring mit einem nicht-aromatischen Ring reagiert und mit Kaliumpermanganat oxidiert wird?

Der Oxidationsprozess oxidiert die benzyllischen Kohlenstoffe des aromatischen Rings, während der nicht-aromatische Ring während der Reaktion gespalten wird, was zu Carbonsäuren führt.

Was sind die wichtigsten Erkenntnisse aus der Mechanismus der benzyllischen Seitenkettenoxidation?

Die wichtigsten Erkenntnisse sind, dass die Oxidation durch das benzyllische Wasserstoffatom initiiert wird und dass jedes benzyllische Kohlenstoffatom, das ein Wasserstoffatom trägt, zu einer Carbonsäure oxidiert wird, während der Rest des Alkyls abgeschnitten wird.