Als Alkylbenzene bezeichnet man Verbindungen, die aus einem Benzen-Ring bestehen, der als Substituenten nur die Reste von Alkanen trägt. Alkylbenzene entstehen hauptsächlich bei der FRIEDEL-CRAFTS-Alkylierung durch eine elektrophile Substitution am Aromaten.
Nomenklatur
Die Nomenklatur von monosubstituierten
Benzenen geht vom entsprechenden Alkan aus, das dem Substituenten zugrunde
liegt. Zum Beispiel Methan. Dieser Rest erhält die Endung
-yl, Methyl. Der Stammname der Verbindung ist -benzen.
Also heißt die Verbindung Methylbenzen (Bild 1).
Bei unverzweigten Alkylresten ist die Nomenklatur meist einfach. Hier
wird häufig eine Kombination mit zugelassenen Trivialnamen
verwendet.
Chemische Reaktionen an Alkylbenzenen
Es handelt sich bei den Alkylbenzenen
um zusammengesetzte Moleküle, die aus einem Alkyl-Rest und einem
Benzen bestehen. Deshalb sind auch ganz unterschiedliche Reaktionen möglich.
Am Alkyl-Rest kann man radikalische Substitutionen durchführen. Am
Benzenring dagegen können elektrophile Substitutionen stattfinden.
Besonders interessant ist dies bei der Umsetzung von Alkylbenzen mit elementarem
Brom. Die Umsetzung eines Alkans mit Brom führt in einer radikalischen
Substitution SR zu Bromalkanen. Die Umsetzung von Benzen mit Brom ergibt
in einer elektrophilen Substitution am Aromaten SE-Ar Brombenzen. Die
Reaktionsbedingungen entscheiden demzufolge, ob eine Reaktion in der Alkylkette
(Seitenkette) oder am Benzenring (Kern) stattfindet. Für die Reaktionsbedingungen
gibt es eine allgemeine Regel (Bild 2).
SSS-Regel:
Sonnenlicht, Siedehitze
Seitenkette
Arbeitet man mit Licht und thermischer Energie wird das Brom-Molekül
homolytisch in zwei Bromradikale gespalten. Es kann ein radikalische
Substitution stattfinden.
KKK-Regel:
Katalysator, Kälte
Kern
Arbeitet man bei Temperaturen zwischen 0 bis 5 °C und verwendet Eisen(III)-bromid
als Katalysator wird das Brom-Molekül heterolytisch gespalten. Das
entstehende Bromonium-Ion kann eine elektrophile
Substitution am Benzen-Ring durchführen.
Die Alkylbenzene Toluen (Methylbenzen), die Xylene (Dimethylbenzene) und Ethylbenzen werden ebenso wie Benzen beim Reformingprozess in der Erdölverarbeitung in großen Mengen gebildet. Aus den dort anfallenden Stoffgemischen werden dann die sogenannten BTX-Aromaten durch Flüssig-Flüssig-Extraktion selektiv abgetrennt und dann durch Destillation zu den reinen Verbindungen aufgearbeitet.
Die Alkylbenzene sind wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie.
Das Dinitrotoluen ist ein wichtiges Vorprodukt für die Herstellung von Polyurethanen.
Aus dem 1,2-Dimethylbenzen (ortho-Xylen) gewinnt man Phthalsäure, deren Ester als Weichmacher verwendet werden, und durch Polykondensation mit Diolen erhält man Polyesterharze.
Das 1,4-Dimethylbenzen wird zur Terephthalsäure umgesetzt, die dann mit Ethandiol zum Polyethylenterephthalat (PET) polykondensiert wird. PET wird nicht nur als Kunststoff in großen Mengen für die Herstellung u. a. von Getränkeflaschen eingesetzt, Polyesterfasern sind auch die wichtigste Synthesefaser in der Textilindustrie (Weltproduktion 2009: 32 Mio. Tonnen Polyesterfasern, 24 Mio. Tonnen Baumwollfasern).
Ethylbenzen wird durch Alkylierung von Benzen mit Ethen hergestellt. Durch Dehydrierung gewinnt man aus Ethylbenzen das Styren, das dann weiter zum Polystyren (PS bzw. EPS) umgesetzt wird und als Copolymerisat mit Butadien den wichtigsten Synthesekautschuk SBR ergibt.
Durch Alkylierung von Benzen mit Propen gewinnt man das Cumen (Isopropylbenzen), aus dem nach der HOOKschen Synthese Phenol und Aceton hergestellt werden.
Durch Alkylierung von Benzen mit längerkettigen Alkenen gewinnt man Ausgangsstoffe für die Herstellung wichtiger Tenside.