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2024-10-21T19:19:01Z

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Die '''Fries-Umlagerung''' (oder Fries-Verschiebung) ist eine [[Namensreaktion]] der [[Organische Chemie|Organischen Chemie]]. Die Reaktion ist nach ihrem Entdecker, dem deutschen Chemiker [[Karl Theophil Fries|Karl Fries]] (1875–1962), benannt. Die Fries-Umlagerung beschreibt dabei die [[elektrophile Umlagerung]] von [[Arylester]]n (beispielsweise Phenyl[[Carbonsäureester|ester]]) unter [[Lewis-Säure]]-[[Katalyse]] zum entsprechenden Arylketon.<ref name="Fieser1">[[Louis Frederick Fieser|Louis Fieser]], Mary Fieser: ''Organische Chemie''. 2. Auflage, Verlag Chemie Weinheim, 1972, ISBN 3-527-25075-1, S. 926–928.</ref>

[[Datei:Fries-Umlagerung 1.svg|rahmenlos|hochkant=1.9|zentriert|Übersicht der Fries-Umlagerung]]

== Mechanismus ==
Trotz erheblicher Anstrengungen konnten noch keine abschließenden Aussagen zum Mechanismus gesichert werden. So wurden in Kreuzexperimenten sowohl Hinweise für [[Intramolekular|intra]]- als auch [[intermolekular]]e Abläufe gefunden. Der Ablauf der Reaktion ist sowohl vom Lösemittel als auch dem [[Substrat (Biochemie)|Substrat]] abhängig. Allgemein jedoch wird der untenstehende Mechanismus als bislang beste Erklärung akzeptiert.
In einem ersten Schritt greift die [[Lewis-Säure]] (hier [[Aluminiumchlorid]], AlCl<sub>3</sub>) an dem [[Carbonyl]][[sauerstoff]] der [[Acylgruppe]] ('''1''') an. Dieser ist stärker negativiert als der phenolische Sauerstoff und somit bevorzugtes Ziel. Dadurch wird die Bindung des Acylrestes zum [[phenol]]ischen Sauerstoff polarisiert. Dann wandert das Aluminiumchlorid zum phenolischen Sauerstoff ('''3'''). Dabei wird durch Verschiebung der Bindungselektronen ein Acylium-[[Kation]] '''5''' freigesetzt.

[[Datei:Fries-Umlagerung 2a.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=3.6|Mechanismus 1 der Fries-Umlagerung]]

Dieses Acylium-Kation '''5''' reagiert nun unter klassischer [[elektrophil]]er Aromatensubstitution mit dem [[Aromaten]] '''4'''. Möglich ist ein Angriff in ''ortho'' oder ''para''-Stellung. Die Orientierung der Substitution ist temperaturabhängig. Bei niedriger Temperatur wird bevorzugt das ''para''-Produkt, bei hoher Temperatur das ''ortho''-Produkt gebildet.
Um den aromatischen Zustand wiederherzustellen, wird nach dem elektrophilen Angriff ein [[Proton (Chemie)|Proton]] abgespalten und das Keton '''7''' (''ortho''-Substitution) bzw. '''10''' (''para''-Substitution) erhalten. Das entstandene [[Ketone|Keton]] bleibt als [[Anion]] an das Aluminium gebunden. Die Aluminiumverbindung wird anschließend durch Zugabe von Wasser [[Hydrolyse|hydrolysiert]] und das gewünschte Hydroxyketon '''8''' (''ortho''-Substitution) bzw. '''11''' (''para''-Substitution) wird erhalten.<ref name="Laue">Thomas Laue, Andreas Plagens: ''Namens- und Schlagwort-Reaktionen der Organischen Chemie'', 5. Auflage, Teubner Studienbücher Chemie, 2006, S. 124.</ref><ref name="Wang">Zerong Wang: ''Comprehensive Organic Name Reactions and Reagent (3-Volume Set)'' Volume 1, Wiley, 2009, ISBN 978-0-471-70450-8, S. 1143.</ref>

''Ortho''-Substitution:

[[Datei:Fries-Umlagerung 3.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=3.3|Mechanismus 2 der Fries-Umlagerung]]

''Para''-Substitution:

[[Datei:Fries-Umlagerung 4.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=3.1|Mechanismus 3 der Fries-Umlagerung]]

=== Photo-Fries-Umlagerung ===
Neben der oben beschriebenen Reaktion der Phenylester existiert eine als Photo-Fries-Umlagerung bezeichnete Variante, die über einen [[Radikal (Chemie)|radikalischen]] Mechanismus verläuft. Sie kann auch bei Anwesenheit deaktivierender Gruppen am Aromaten genutzt werden, wird aber aufgrund der in der Regel schlechten Ausbeuten bislang nur im Labor eingesetzt. Wenn die ''para''-Position am Phenylrest durch einen Substituenten (z. B. eine [[Methylgruppe]]) blockiert ist, entstehen nur ''ortho''-Hydroxyketone.<ref name="Martens">{{Literatur |Autor=[[Jürgen Martens (Chemiker)|Jürgen Martens]], [[Klaus Praefcke]] |Titel=Organische Schwefelverbindungen, VII. Photochemische α-Spaltung von Thiobenzoesäure-S-p-tolylestern in Lösung |Sammelwerk=Chemische Berichte |Band=107 |Nummer=7 |Datum=1974-07-01 |Seiten=2319–2325 |DOI=10.1002/cber.19741070716}}</ref> Ist der Phenylrest in ''para''-Position nicht substituiert, entstehen Gemische der ''ortho''- und ''para''-Hydroxyketone.<ref name="Fieser2">Louis Fieser, Mary Fieser: ''Organische Chemie''. 2. Auflage, Verlag Chemie Weinheim, 1972, ISBN 3-527-25075-1, S. 928–929.</ref>
Der erste Schritt des Mechanismus beschreibt die Bildung eines Acylradikals '''13''' und eines Aryloxiradikals '''12''', das sich durch seine mesomere Stabilisierung auszeichnet.

[[Datei:Fries-Umlagerung 5.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=2.4|Mechanismus 1 der Photo-Fries-Umlagerung über Radikale]]

Die mesomeren Grenzstrukturen geben dabei vor, dass das entstandene Acylradikal '''13''' entweder in ''ortho''- oder in ''para''-Stellung an das Aryloxiradikals '''12''' binden kann. Nach der Umlagerung eines [[Proton (Chemie)|Protons]] entsteht dann das entsprechende Hydroxyketon '''8''' bzw. '''11'''.<ref name="Wang" />

''Ortho''-Verschiebung

[[Datei:Fries-Umlagerung 6.svg|rahmenlos|zentriert|hochkant=2.1|Mechanismus 2 der Photo-Fries-Umlagerung über Radikale]]

''Para''-Verschiebung

[[Datei:Fries-Umlagerung 7.svg|rahmenlos|hochkant=1.6|zentriert|Mechanismus 3 der Photo-Fries-Umlagerung über Radikale]]

== Bedeutung ==
Da die Reaktion von Phenolen mit Acylhalogeniden unter den Bedingungen der [[Friedel-Crafts-Acylierung]] Phenylester, nicht aber die gewünschten Hydroxyarylketone liefert, ist die Reaktion von großtechnischer Bedeutung für die Synthese der Hydroxyarylketone die als wichtige Ausgangsstoffe für die Synthese verschiedener Pharmazeutika (z. B. [[Paracetamol]] oder [[Salbutamol]]) dienen.
Anstelle des Aluminiumchlorids können zum Teil auch andere Lewissäuren ([[Bortrifluorid]], Bismuttriflat etc.) oder auch starke protische Säuren ([[Fluorwasserstoffsäure|Flusssäure]] oder [[Methansulfonsäure]]) zum Einsatz kommen. Um den Verbrauch dieser korrosiven und ökologisch bedenklichen Katalysatoren zu vermeiden, wird intensiv der Einsatz von Festkörperkatalysatoren untersucht.

Die photochemische Fries-Umlagerung ist ein unerwünschter Effekt bei der lichtinduzierten Verfärbung von an sich farblosen Kunststoffen. Dem kann durch Einbau von geeigneten Radikalfängern entgegengewirkt werden.

== Grenzen ==
In allen Fällen können nur solche [[Carbonsäureester|Ester]] verwendet werden deren Acylkomponente unter den harschen Bedingungen stabil ist.
Ist der Aromat oder die Acylkomponente hochsubstituiert, sinkt aufgrund zu starker sterischer Beanspruchung die Ausbeute stark ab.
Deaktivierende (''meta''-dirigierende) Gruppen am Aromaten lassen die Ausbeuten drastisch absinken, wie für eine Friedel-Crafts-Reaktion zu erwarten ist.

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=K. Fries, G. Finck |Titel=Über Homologe des Cumaranons und ihre Abkömmlinge |Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft |Band=41 |Nummer=3 |Datum=1908-10-01 |Seiten=4271–4284 |DOI=10.1002/cber.190804103146}}
* {{Literatur |Autor=K. Fries, G. Finck |Titel=Über Sauerstoff-Isologe homologer Indirubine |Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft |Band=41 |Nummer=3 |Datum=1908-10-01 |Seiten=4284–4294 |DOI=10.1002/cber.190804103147}}
* {{Literatur |Autor=K. Fries, W. Pfaffendorf |Titel=Über ein Kondensationsprodukt des Cumaranons und seine Umwandlung in Oxindirubin |Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft |Band=43 |Nummer=1 |Datum=1910-01-01 |Seiten=212–219 |DOI=10.1002/cber.19100430131}}
* Jerry March: ''Advanced Organic Chemistry.'' 3rd Ed., [[John Wiley & Sons]], 1985, ISBN 0-471-88841-9, S. 499–500.

== Weblinks ==
* {{Internetquelle |autor= |url=https://www.organic-chemistry.org/namedreactions/fries-rearrangement.shtm |titel=Fries Rearrangement |werk= |hrsg=www.organic-chemistry.org |datum= |zugriff=2009-03-09 |sprache=en}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Namensreaktion]]
[[Kategorie:Umlagerung]]

Fries-Umlagerung - Versionsgeschichte

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