Substanzklassen

Sulfonylchloride: Reaktionen und Synthesen von Saccharin und Chloramin T

Sulfonylchloride tauschen am Schwefel Chlorid gegen Nucleophile aus und sind so der Schlüsselbaustein für Tosylate, Sulfonamide, Saccharin und Chloramin T.

Prüfungsrelevanz: relevant ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Ein Sulfonylchlorid \(\ce{R-SO2Cl}\) ist das Säurechlorid einer Sulfonsäure. Nucleophile ersetzen am Schwefel das Chlorid.
  • Tosylchlorid bildet mit Alkoholen und Pyridin Tosylate, mit Ammoniak Sulfonamide und mit Natriumazid Tosylazid.
  • Saccharin entsteht aus Toluen über Chlorsulfonierung, o-Toluolsulfonamid, Oxidation der Methylgruppe zur 2-Sulfamoylbenzoesäure und Cyclisierung, die NH-Form gibt mit NaOH Saccharin-Natrium.
  • Die 2-Sulfamoylbenzoesäure ist mehrbasig (COOH und Sulfonamid-NH). Stickstofffreie Ringverbindungen sind keine Zwischenstufen.
  • Chloramin T entsteht aus p-Toluensulfonamid durch N-Chlorierung und Deprotonierung zum Natriumsalz, ohne Umlagerung.

Dieses Kapitel ist für Supporter

Relaxed ins Stex ist ein kleines, unabhängiges Projekt. Mit einem Zugang unterstützt du uns und schaltest das ganze 1. Staatsexamen frei. ❤️

Zugang freischalten

Bitte bestätige zuerst deine E-Mail-Adresse

Wir haben dir einen Link geschickt. Erst mit bestätigter E-Mail-Adresse kannst du einen Zugang freischalten und nutzen.

Zum Konto

Worum es geht

Sulfonylchloride sind die reaktiven Säurechloride der Sulfonsäuren. Über sie gelangt man zu Sulfonsäureestern und Sulfonamiden. Zwei Arzneibuchsubstanzen lassen sich damit aus Toluen aufbauen: der Süßstoff Saccharin-Natrium und das Desinfektionsmittel Chloramin T.

Substitution am Schwefel

Ein Sulfonylchlorid trägt die Gruppe \(\ce{R-SO2Cl}\). Man erhält es aus der Sulfonsäure. Die beiden Sauerstoffatome ziehen Elektronendichte ab. Der Schwefel ist deshalb stark elektrophil, und Chlorid ist eine gute Abgangsgruppe. Nucleophile greifen am Schwefel an und ersetzen das Chlorid. Das Prinzip gleicht dem der Carbonsäurechloride.

Der wichtigste Vertreter ist Tosylchlorid (TsCl, p-Toluensulfonylchlorid, 4-Methylbenzolsulfonylchlorid). Mit einem Alkohol entsteht ein Sulfonsäureester. Pyridin fängt den Chlorwasserstoff ab:

\[\ce{CH3C6H4SO2Cl + C2H5OH ->[Pyridin] CH3C6H4SO2OC2H5 + HCl}\]

📖 Definition: Tosylat

Ein Tosylat ist der Ester der p-Toluensulfonsäure, \(\ce{CH3C6H4SO2-OR}\). Er entsteht aus Tosylchlorid und einem Alkohol, hier Ethyltosylat aus Ethanol.

Der Alkohol ist das Nucleophil. Ein Alkylbromid liefert kein Tosylat. Es ist selbst ein Elektrophil und hat keinen nucleophilen Sauerstoff. Wozu man Tosylate braucht, nämlich als Abgangsgruppe, zeigt die Seite zu den Substitutionsmechanismen.

Andere Nucleophile reagieren nach demselben Muster. Mit Ammoniak entsteht das Sulfonamid, mit Wasser die Sulfonsäure. Natriumazid liefert Tosylazid:

\[\ce{CH3C6H4SO2Cl + NaN3 -> CH3C6H4SO2N3 + NaCl}\]

Reaktionsschema: Tosylchlorid reagiert mit Ethanol, Ammoniak, Natriumazid und Wasser zu Tosylat, Sulfonamid, Tosylazid und Sulfonsäure.

Tosylchlorid tauscht am Schwefel Chlorid gegen verschiedene Nucleophile aus.

So leitest du Produkte und Edukte aus einer Reaktionsgleichung ab:

  1. Abgangsgruppe suchen: Am Schwefel muss ein Chloratom sitzen. Eine Sulfonsäure oder ein Sulfonat ist für eine Azidsynthese das falsche Edukt.
  2. Nucleophil bestimmen: O aus Alkohol, N aus Amin oder Azid.
  3. Tauschen: Cl gegen das Nucleophil ersetzen, das Grundgerüst \(\ce{Ar-SO2}\) bleibt unverändert.

Saccharin-Synthese

Saccharin (1,2-Benzisothiazol-3(2H)-on-1,1-dioxid) wird aus Toluen aufgebaut. Der erste Schritt ist eine Chlorsulfonierung. Dabei führt überschüssige Chlorsulfonsäure direkt die Gruppe \(\ce{-SO2Cl}\) in den Aromaten ein:

\[\ce{C6H5CH3 + 2 ClSO3H -> CH3C6H4SO2Cl + H2SO4 + HCl}\]

Es entsteht ein Gemisch aus ortho- und para-Isomer. Für Saccharin braucht man das ortho-Produkt. Die weiteren Schritte zeigt die Abbildung:

  1. Chlorsulfonierung: Toluen und \(\ce{ClSO3H}\) ergeben 2-Methylbenzolsulfonylchlorid (o-Toluolsulfonylchlorid).
  2. Sulfonamidbildung: Ammoniak ersetzt Cl, es entsteht 2-Methylbenzolsulfonamid (o-Toluolsulfonamid).
  3. Oxidation: \(\ce{KMnO4}\) oxidiert die Methylgruppe zur Carboxygruppe. Produkt ist die 2-Sulfamoylbenzoesäure.
  4. Cyclisierung: Die Säure kondensiert unter Wasserabspaltung mit dem Sulfonamid-N zum Saccharin.
  5. Salzbildung: Natronlauge deprotoniert das NH zu Saccharin-Natrium.

Strukturformeln der Saccharin-Synthese von Toluen über Sulfonylchlorid, Sulfonamid und 2-Sulfamoylbenzoesäure zu Saccharin und seinem Natriumsalz.

Synthese von Saccharin-Natrium aus Toluen in fünf Schritten.

Die Carboxygruppe stammt also aus der Oxidation der Seitenkette, nicht aus einer Carboxylierung. Die 2-Sulfamoylbenzoesäure ist eine mehrbasige Säure. Sie gibt Protonen an der COOH-Gruppe und am Sulfonamid-NH ab. Im Saccharin ist das NH zwischen Sulfonyl- und Carbonylgruppe besonders sauer. Daher bildet die NH-Form leicht das Natriumsalz.

⚠️ Achtung: Stickstoff im Ring

Der Stickstoff kommt im zweiten Schritt herein und bleibt bis zum Ende. Stickstofffreie Ringe wie das Benzo[b]thiophen-3(2H)-on-1,1-dioxid, die 2-Sulfobenzoesäure und ihr cyclisches Anhydrid sind daher keine Zwischenstufen.

Vergleich der Strukturformeln von Saccharin und drei ähnlich gebauten, stickstofffreien Schwefelverbindungen.

Nur Saccharin trägt im Ring ein NH zwischen Sulfonyl- und Carbonylgruppe.

Chloramin T

Chloramin T ist das Natriumsalz des N-Chlor-p-toluensulfonamids. Die Synthese beginnt wie beim Saccharin mit der Chlorsulfonierung von Toluen. Hier verwendet man jedoch das para-Isomer. Ammoniak macht daraus p-Toluensulfonamid.

Dann wird der Sulfonamid-Stickstoff chloriert, nicht der Ring. Das N-Chlorsulfonamid ist sauer und wird zum Natriumsalz deprotoniert. Mit Natriumhypochlorit gelingen beide Schritte zusammen:

\[\ce{CH3C6H4SO2NH2 + NaOCl -> CH3C6H4SO2NClNa + H2O}\]

Strukturformeln der Synthese von Chloramin T: Chlorsulfonierung, Amidbildung, N-Chlorierung und Deprotonierung.

Synthese von Chloramin T aus Toluen über das p-Sulfonamid.

Das Gerüst bleibt in allen Schritten erhalten. Es tritt keine Umlagerung auf. Die Methylgruppe bleibt ebenfalls unverändert, anders als beim Saccharin.

Quiz

Teste dich mit 4 Karten
richtig oder falsch iWarum nur Aussagen? Fragen mit fünf Antworten löst man am sichersten, indem man jede Aussage einzeln bewertet: ✓✓ sicher richtig, ✓ eher richtig, 0 unsicher, ✗ eher falsch, ✗✗ sicher falsch. Mit dem Ausschlussprinzip ergibt sich daraus die Lösung. Dieses einzelne Bewerten ist der wichtigste Handgriff fürs Examen, und genau den übst du hier.

Aussage 1

2-Sulfamoylbenzoesäure kann sowohl an der Carboxygruppe als auch am Sulfonamid-Stickstoff ein Proton abgeben.

Sie ist eine mehrbasige Brønsted-Säure mit COOH- und NH-Acidität.

Aussage 2

Bei der Saccharin-Synthese aus Toluen wird die Carboxygruppe durch Carboxylierung mit \(\ce{CO2}\) eingeführt.

Die Carboxygruppe entsteht durch Oxidation der Methylgruppe des o-Toluolsulfonamids, etwa mit \(\ce{KMnO4}\).

Aussage 3

Bei der Herstellung von Chloramin T wird ein Chloratom in den aromatischen Ring eingeführt.

Chloriert wird der Stickstoff des p-Toluensulfonamids. Anschließend wird das N-Chlorsulfonamid zum Natriumsalz deprotoniert.

Aussage 4

Ethanol reagiert mit p-Toluensulfonylchlorid in Gegenwart von Pyridin zu Ethyltosylat.

Der Alkohol greift als Nucleophil am Schwefel an und ersetzt das Chlorid. Es entsteht ein Sulfonsäureester, das Tosylat.

Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️

Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.

Zurück nach oben