SSS-Regel

Werden Aromaten und Benzolringe im Chemieunterricht behandelt, so triffst du auch auf die KKK- und SSS-Regel. Mit diesen Regeln kannst du bestimmen, ob etwa ein Brom-Atom an die Seitenkette oder direkt an den Kern des Aromaten gebunden werden soll.

Bei der KKK- und SSS-Regel handelt es sich genauer gesagt um Regeln zur Reaktionsselektivität bei Substitutionsreaktionen – dazu gehören beispielsweise die Chlorierung, bei der ein Chlor-Atom gebunden wird, oder Bromierung, bei der ein Brom-Atom gebunden wird. Diese Reaktionen finden an alkyl-substituierten Aromaten statt. Zu den Aromaten, die in einer Substitutionsreaktion reagieren können, zählen Toluol oder Ethylbenzol.

KKK- und SSS-Regel – Der Unterschied

Abbildung 1: Darstellung aromatischer Kern und Seitenkette an Toluol

Die Grafik zeigt dir den Aufbau von Toluol, an dem die KKK- und SSS-Regel am besten verdeutlicht werden können.

Die KKK-Regel

Die KKK-Regel leitet sich von der elektrophilen Substitutionsreaktion ab. Diese Reaktion findet nur unter der Gegenwart eines Katalysators (Reaktionsbeschleuniger) wie Eisen (III)-bromid, also Eisentribromid (${\mathrm{FeBr}}_3$), statt. Dabei steigert der Katalysator die Elektrophilie des angreifenden Elektrophils.

Eine Wärmezufuhr würde den Reaktionsverlauf so begünstigen, dass die aliphatischen Seitenketten den bevorzugteren Reaktionspartner darstellen. Deswegen findet diese Reaktion in einem kälteren bis milderen Milieu statt und spielt sich am aromatischen Ring selbst ab – die aliphatischen Seitenketten wiederum werden dabei nicht angegriffen.

Die SSS-Regel:

Diese aufgelisteten Bedingungen lassen sich von der radikalischen Substitutionen an aliphatischen Verbindungen ableiten: Dabei findet diese Reaktion nur bei hohen Temperaturen statt, da die Siedehitze von vielen organischen Lösungsmitteln wie Toluol bei 100–200 °C liegt.

Zudem muss die Reaktion unter Bestrahlung (Sonnenlicht, UV-Lampe etc.) ablaufen, da sich erst dann Radikale bilden, die Du für radikalische Substitutionsreaktion benötigst.

Die aromatischen Ringe dagegen werden bei diesen Bedingungen nicht angegriffen.

KKK- und SSS-Regel – Beispiel Substitutionsreaktion

Toluol kann mit dem Element Brom (Br) sowohl eine elektrophile als auch eine radikalische Substitutionsreaktion eingehen. Je nachdem, um welche Reaktion es sich handelt, erhältst du das Brom entweder am Benzolring von Toluol oder an dessen Methylgruppen-Seitenkette.

Zusammengefasst gibt es hierbei also zwei denkbare Szenarien:

• Bromierung der Seitenkette (radikalische Substitution)
• Bromierung am aromatischen Ring (elektrophile Substitution)

Beide wirst Du jetzt genauer kennenlernen.

Radikalische Substitution von Brom und Toluol nach der KKK-Regel

Abbildung 2: Allgemeine Substitutionsreaktion nach der SSS-Regel

In der obigen Abbildung siehst Du die radikalische Substitutionsreaktion von Brom und Toluol. Dabei wird Licht und Hitze gebraucht. Das liegt daran, dass Toluol prinzipiell eher reaktionsträge ist. Letztlich bindet sich das Brom dann an die Methylgruppen-Seitenkette (${\mathrm{CH}}_3$) des Benzolrings. Dabei wird ein Wasserstoffatom (H) substituiert. Das bedeutet, das Wasserstoffatom wurde durch das Brom-Atom ausgetauscht.

Elektrophile Substitution von Brom und Toluol nach der KKK-Regel

Abbildung 3: Allgemeine Substitutionsreaktion nach der KKK-Regel

Auch hierbei siehst Du die allgemeine Reaktionsgleichung von Brom mit Toluol. Es handelt sich dabei um eine elektrophile Substitution. Hier kommt ein Katalysator ins Spiel, um die Reaktion auszuführen. Als Katalysator wird Eisen (III)-bromid (${\mathrm{FeBr}}_3$) verwendet.

Wie Du am Ende der Reaktion sehen kannst, hat sich das Brom-Atom an den aromatischen Kern gebunden. Dieses Brom-Atom bindet sich dabei meistens gegenüber der Methyl-Gruppe. Das andere Brom-Atom (Br) reagiert schließlich mit einem Wasserstoff-Atom (H) zur sogenannten Bromwasserstoffsäure (HBr).

Schrittabfolge der radikalischen und elektrophilen Substitution im Überblick

Damit Du Dir die zuvor gezeigten Reaktionsgleichungen besser erschließen kannst, findest Du im Folgenden einen kleinen Überblick über die Schrittabfolge sowohl von der radikalischen, als auch von der elektrophilen Substitution. Dabei reagiert Toluol weiterhin mit Brom.

Abbildung 4: Schrittabfolge der radikalischen und elektrophilen Substitution im Überblick