Anilin und aromatische Amine: Basizität und Reaktionen
Warum Anilin eine so schwache Base ist, wie Substituenten das verändern und welche Reaktionen am Stickstoff und über das Diazoniumsalz zu Arzneistoffen wie Paracetamol führen.
Das Wichtigste in Kürze
- Anilin ist das einfachste aromatische Amin, die Aminogruppe sitzt direkt am Benzenring.
- Anilin ist viel schwächer basisch als Alkylamine, weil das N-Elektronenpaar in den Ring delokalisiert ist und das Anilinium-Ion nicht mesomeriestabilisiert ist.
- Die para-Nitrogruppe senkt die Basizität am stärksten, 4-Nitroanilinium-chlorid ist die stärkste Säure; 4-Methoxyanilin ist basischer als Anilin.
- Anilin entsteht durch Hydrierung oder Fe/HCl-Reduktion von Nitrobenzen oder technisch durch Ammonolyse von Chlorbenzen.
- Diazotierung und Verkochung wandeln Arylamine unter Erhalt des Substitutionsmusters in Phenole um, etwa 3-Chloranilin in 3-Chlorphenol.
- Paracetamol: Phenol → 4-Nitrophenol → 4-Aminophenol → chemoselektive N-Acetylierung.
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Worum es geht
Aromatische Amine tragen die Aminogruppe direkt am Benzenring. Diese Nähe zum Ring macht sie viel schwächer basisch als Alkylamine und bestimmt ihre Chemie. In der Pharmazie begegnen sie dir in Synthesen wie der des Paracetamols und als Baustein in Wirkstoffen wie Metoclopramid.
Basizität von Anilin
Anilin (\(\ce{C6H5NH2}\)) ist das einfachste aromatische Amin. Das freie Elektronenpaar am Stickstoff ist in die Mesomerie des Rings einbezogen. Grenzformeln verlagern negative Ladung in ortho- und para-Stellung. Für ein Proton steht das Elektronenpaar deshalb nur eingeschränkt bereit.
Bei der Protonierung geht diese Stabilisierung verloren. Im Anilinium-Ion sitzt die positive Ladung fest am Stickstoff, sie ist nicht mesomer delokalisiert. Die Base ist also stabilisiert, ihre Säure nicht.
Darum ist Anilin (pKs des Anilinium-Ions etwa 4,6) deutlich schwächer basisch als aliphatische Amine mit Werten um 10 bis 11 (Basizität der Amine). Aus demselben Grund sind primäre Alkylamine die stärkeren Nucleophile. Jeder weitere Arylrest zieht das Elektronenpaar zusätzlich in ein π-System. Auch ein Morpholin-Stickstoff am Aromaten ist so nur schwach basisch. Als NH-Säure ist Anilin äußerst schwach.
Je mehr Arylreste am Stickstoff, desto schwächer die Base: Alkylamin > Anilin > Diphenylamin.
Substituierte Aniline
Ringsubstituenten verstärken oder schwächen diesen Effekt (Substituenteneffekte). Die Nitrogruppe in para-Stellung senkt die Basizität unter den para-Substituenten am stärksten. Sie zieht das N-Elektronenpaar mesomer bis auf ihre Sauerstoffatome. In meta-Stellung ist das nicht möglich. ortho-Nitroanilin ist daher weniger basisch als meta-Nitroanilin.
Für die Aniliniumsalze gilt die Umkehrung: Je schwächer die Base, desto stärker die konjugierte Säure.
| para-Substituent | Base gegenüber Anilin | Aniliniumsalz als Säure |
|---|---|---|
| \(\ce{OCH3}\) (+M), \(\ce{CH3}\) (+I) | stärker | schwächer |
| \(\ce{Cl}\), \(\ce{Br}\) (−I) | schwächer | stärker, aber schwächer als 4-Nitro |
| \(\ce{CHO}\), \(\ce{COOC2H5}\) (Benzocain) | schwächer | stärker, aber schwächer als 4-Nitro |
| \(\ce{NO2}\) | am schwächsten | am stärksten |
Herstellung von Anilin
Anilin entsteht meist aus Nitrobenzen, etwa durch katalytische Hydrierung:
\[\ce{C6H5NO2 + 3 H2 ->[Kat.] C6H5NH2 + 2 H2O}\]
Klassisch reduziert man mit Eisen in Salzsäure (Reduktion von Nitroverbindungen). Technisch dient auch die Ammonolyse von Chlorbenzen: Ammoniak ersetzt das Chlor bei hoher Temperatur und Druck. Hydriert man Anilin selbst weiter, wird der Ring gesättigt und es entsteht Cyclohexylamin.
Acylierung und weitere Reaktionen
Für Acylierungen bleibt Anilin nucleophil genug. Mit Acetylchlorid entsteht Acetanilid, eine Hilfsbase fängt das HCl ab:
\[\ce{C6H5NH2 + CH3COCl -> C6H5NHCOCH3 + HCl}\]
Die Aminogruppe ist nucleophiler als eine phenolische OH-Gruppe. 4-Aminophenol reagiert mit einem Äquivalent Acetanhydrid deshalb bevorzugt am Stickstoff zum Amid.
Mit 1,4-Benzochinon bildet Anilin direkt ein farbiges Produkt, da das Amin an den elektronenarmen Ring addiert (Chinone). Chlorwasserstoff protoniert Anilin dagegen nur zum Aniliniumchlorid. Zu 3-Chloranilin kommt es nicht, denn HCl greift den Ring nicht elektrophil an. Bei jedem Reagenz fragst du also: Acyliert es, ist es ein Elektrophil oder nur eine Säure?
Diazotierung und Phenolverkochung
Primäre Arylamine werden mit salpetriger Säure zu Diazoniumsalzen (Diazotierung). Erhitzen in Wasser setzt \(\ce{N2}\) frei und liefert ein Phenol (Phenolverkochung). Das Substitutionsmuster bleibt erhalten: Aus 3-Chloranilin wird 3-Chlorphenol. Auch eine Methoxygruppe übersteht Hydrierung, Diazotierung und Verkochung unverändert.
So erreicht man meta-Phenole. Acetophenon wird in meta-Stellung nitriert, zum Amin reduziert, diazotiert und in Wasser verkocht. Das Ergebnis ist 3-Hydroxyacetophenon.
In saurer Lösung liegen Arylamine als Ammoniumsalze vor und sind nicht kupplungsfähig (Azokupplung).
Paracetamol-Synthese
Paracetamol (4-Acetamidophenol) entsteht aus Phenol in drei Stufen. Die Nitrierung von Phenol liefert 4-Nitrophenol, die Reduktion 4-Aminophenol. Zum Schluss acetyliert man chemoselektiv am Stickstoff, wie oben beschrieben.
Aromatische Amine in Wirkstoffen
In Strukturformeln entscheidet die direkte Bindung an den Aromaten. Ein primäres aromatisches Amin trägt \(\ce{NH2}\) direkt am Ring, ein Phenol eine OH-Gruppe. Metoclopramid enthält ein solches primäres aromatisches Amin. Ein Eremophilanolid besitzt dagegen keinen aromatischen Ring und damit kein Phenol.
Quiz
Aussage 1
4-Methoxyanilin ist eine stärkere Base als 4-Chloranilin.
Die Methoxygruppe schiebt Elektronen (+M) und erhöht die Basizität, Chlor senkt sie durch seinen −I-Effekt.
Aussage 2
Im Anilinium-Ion ist die positive Ladung über Mesomerie auf den aromatischen Ring verteilt.
Im Anilinium-Ion ist die Ladung am Stickstoff lokalisiert. Nur das freie Anilin ist mesomeriestabilisiert, deshalb ist es eine schwache Base.
Aussage 3
4-Aminophenol wird mit einem Äquivalent Acetanhydrid bevorzugt an der phenolischen OH-Gruppe acetyliert.
Die Aminogruppe ist das bessere Nucleophil, es entsteht bevorzugt das Amid. Das nutzt die Paracetamol-Synthese.
Aussage 4
Diazotierung und anschließendes Verkochen in Wasser überführen 3-Chloranilin in 3-Chlorphenol.
Die Diazoniumgruppe wird durch OH ersetzt, das Substitutionsmuster des Rings bleibt erhalten.
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