Gabriel-Synthese: Mechanismus, Grenzen und Prüfungsfragen
Kurzantwort: Phthalimid wird durch KOH deprotoniert (seine N–H-Gruppe hat einen pKs-Wert ≈ 8,3), das Anion wird durch ein primäres Alkylhalogenid alkyliert (SN2), und Hydrazin (oder Hydrolyse) setzt das primäre Amin frei. Da das N-Alkylphthalimid nicht erneut alkyliert werden kann, entsteht kein sekundäres oder tertiäres Amin.
Was ist die Gabriel-Synthese?
Ammoniak und Alkylhalogenide liefern ein Gemisch aus primären, sekundären und tertiären Aminen sowie quartären Salzen. Die Gabriel-Synthese umgeht das, indem sie Phthalimid als geschütztes NH2 nutzt, das nur eine Alkylgruppe aufnehmen kann.
Die Vorlage zeigt die Deprotonierung, die SN2-Alkylierung und den ersten Angriff des Hydrazins. Öffne sie, um Benzylbromid gegen ein anderes primäres Halogenid auszutauschen.
Reaktion auf einen Blick
| Ausgangsstoff | Phthalimid (Benzol-1,2-dicarboximid) |
|---|---|
| Schritt 1 | KOH (ethanolisch) → Kaliumphthalimid |
| Schritt 2 | R–X (Methyl, primär; SN2) → N-Alkylphthalimid |
| Schritt 3 | N2H4 (Ing-Manske) oder H3O+/OH− → R–NH2 |
| Liefert | Ausschließlich reine primäre aliphatische Amine |
Mechanismus Schritt für Schritt
- Deprotonierung. Hydroxid entfernt das N–H-Proton. Das Anion ist durch Delokalisierung auf beide Carbonyl-Sauerstoffatome stabilisiert; deshalb ist Phthalimid acide.
- N-Alkylierung (SN2). Der Imid-Stickstoff greift das Kohlenstoffatom des Alkylhalogenids von der Rückseite an und verdrängt Bromid. Das entstehende N-Alkylphthalimid hat kein N–H mehr.
- Hydrazinolyse. Hydrazin greift eine Carbonylgruppe an (Addition–Eliminierung), dann intramolekular die andere. Das sechsgliedrige Phthalhydrazid wird abgespalten und das primäre Amin freigesetzt.
Jeder Schritt der Vorlage ist Elektron für Elektron geprüft: Die Elektronenpfeile ergeben genau die gezeichneten Strukturen. Öffne sie in MolDraw, um den Pfeilen Schritt für Schritt zu folgen.
Rechenbeispiele
- Benzylbromid → Benzylamin. Das Beispiel der Vorlage.
- Ethylbromid → Ethylamin. Jedes Methyl- oder primäre Halogenid funktioniert.
- Bromessigsäureethylester → Glycin. Gabriel-Malonester-Varianten liefern α-Aminosäuren.
- Nicht möglich: Anilin, tert-Butylamin. Arylhalogenide gehen keine SN2-Reaktion ein; tertiäre Halogenide eliminieren stattdessen.
Übungsfragen im JEE- und NEET-Stil
F1. Welches Amin lässt sich nicht durch die Gabriel-Synthese herstellen?
Lösung zeigen
Anilin – Chlorbenzol geht mit dem Phthalimid-Anion keine SN2-Reaktion ein.
F2. Warum ist Phthalimid acide?
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Die N–H-Gruppe liegt zwischen zwei C=O-Gruppen, daher ist die konjugierte Base mesomeriestabilisiert. – pKs ≈ 8,3, KOH deprotoniert also vollständig.
F3. Warum liefert die Gabriel-Synthese nur primäre Amine?
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Das N-Alkylphthalimid hat kein N–H und sein Stickstoff ist nicht nukleophil, eine zweite Alkylierung ist also nicht möglich. – Anders als bei NH3 + R–X.
F4. Welches Reagenz setzt das Amin unter milden Bedingungen frei?
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N2H4 – Die Hydrazinolyse (Ing-Manske) liefert das Amin und Phthalhydrazid.
Häufige Fehler
- Versuchen, aromatische Amine herzustellen – die Alkylierung ist eine SN2-Reaktion.
- Sekundäre oder tertiäre Halogenide verwenden: Sekundäre reagieren schlecht, tertiäre eliminieren.
- Den abschließenden Freisetzungsschritt (Hydrazin oder Hydrolyse) vergessen.
Diesen Mechanismus in MolDraw bearbeiten
- Klicke auf In MolDraw öffnen. Der Editor öffnet sich mit der ganzen Abbildung auf der Zeichenfläche: Gesamtreaktion, jeder nummerierte Schritt und die wichtigsten Punkte.
- Alles sind ganz normale Strukturen. Ändere einen Substituenten, färbe Atome um oder verschiebe einen Pfeil – die Pfeile bleiben an ihren Atomen hängen.
- Lade sie als PNG, SVG oder PDF herunter oder kopiere sie in deine Notizen oder Folien.
- Dieselbe Abbildung findest du im Editor unter Templates → Schemes → Name reactions.
Fragen und Antworten
Was entsteht aus Kaliumphthalimid und einem Alkylhalogenid?
Ein N-Alkylphthalimid, das nach Hydrazinolyse oder Hydrolyse das primäre Amin liefert.
Was ist das Nebenprodukt der Hydrazinolyse?
Phthalhydrazid (2,3-Dihydrophthalazin-1,4-dion).
Verläuft die Gabriel-Synthese nach SN1 oder SN2?
SN2: Methyl- und primäre Halogenide funktionieren am besten.