Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с сайта Friedel-Crafts halogenation )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Реакция Фриделя-Крафтса
Названный в честьЧарльз Фридель
Джеймс Ремесла
Тип реакцииРеакция сцепления
Идентификаторы
Идентификатор онтологии RSCRXNO: 0000369

В реакции Фриделя-Крафтса представляют собой набор реакций , разработанных Чарльз Фридель и Джеймс ремесел в 1877 году , чтобы прикрепить заместители к ароматическим кольцом . [1] Реакции Фриделя – Крафтса бывают двух основных типов: реакции алкилирования и реакции ацилирования . Оба протекают путем электрофильного ароматического замещения . [2] [3] [4] [5]

Алкилирование Фриделя-Крафтса [ править ]

Алкилирование Фриделя-Крафтса
Названный в честьЧарльз Фридель
Джеймс Ремесла
Тип реакцииРеакция сцепления
Идентификаторы
Портал органической химиифридел-ремесло-алкилирование
Идентификатор онтологии RSCRXNO: 0000046

Фридель-Крафтс алкилирование включает алкилирование ароматического кольца с алкилгалогенидом с использованием сильной кислоты Льюиса , такие как хлорид алюминия , хлорид железа , или другим MX н реагент, в качестве катализатора . [6] Общий механизм для третичных алкилгалогенидов показан ниже. [7]

Для первичных (и, возможно, вторичных) алкилгалогенидов более вероятно участие карбокатион-подобного комплекса с кислотой Льюиса [R (+) --- (X --- MX n ) (-) ], а не бесплатный карбокатион.

Недостатком этой реакции является то, что продукт более нуклеофильный, чем реагент, поскольку алкильные группы являются активаторами реакции Фриделя-Крафтса . Следовательно, может происходить сверхалкилирование. Стерические затруднения можно использовать для ограничения числа алкилирования, как в случае трет- бутилирования 1,4-диметоксибензола. [8]

Кроме того, реакция полезна только для первичных алкилгалогенидов во внутримолекулярном смысле, когда образуется 5- или 6-членное кольцо. Для межмолекулярного случая реакция ограничивается третичными алкилирующими агентами, некоторыми вторичными алкилирующими агентами (теми, для которых карбокатионная перегруппировка является вырожденной) или алкилирующими агентами, которые дают стабилизированные карбокатионы (например, бензильные или аллильные). В случае первичных алкилгалогенидов карбокатионоподобный комплекс (R (+) --- X --- Al (-) Cl 3 ) будет подвергаться реакции перегруппировки карбокатиона с образованием почти исключительно перегруппированного продукта, полученного из вторичного или третичный карбокатион. [7]

Алкилирование не ограничивается алкилгалогенидами: реакции Фриделя-Крафтса возможны с любым карбокатионным промежуточным продуктом, например, производным от алкенов и протонной кислоты , кислоты Льюиса , енонов и эпоксидов . Примером может служить синтез неофилхлорида из бензола и металлилхлорида: [9]

H 2 C = C (CH 3 ) CH 2 Cl + C 6 H 6 → C 6 H 5 C (CH 3 ) 2 CH 2 Cl

В одном исследовании электрофилом является ион бромония, полученный из алкена и NBS : [10]

Считается, что в этой реакции трифлат самария (III) активирует донор галогена NBS при образовании иона галогена.

Деалкилирование Фриделя-Крафтса [ править ]

Было выдвинуто предположение, что алкилирование Фриделя-Крафтса обратимо . В реакции ретро-Фриделя-Крафтса или деалкилировании Фриделя-Крафтса алкильные группы удаляются в присутствии протонов или другой кислоты Льюиса .

Например, в многократном добавлении бромистого этила в бензол , орто- и пару замещение , как ожидается , после первого этапа , поскольку монозамещении алкильной группа , представляет собой активирующая группа . Однако реальным продуктом реакции является 1,3,5-триэтилбензол со всеми алкильными группами в качестве мета- заместителя . [11] Термодинамический контроль реакции гарантирует, что термодинамически благоприятное мета- замещение с минимизированными стерическими препятствиями превалирует над менее благоприятным орто- и пара- замещением за счетхимическое уравновешивание . Таким образом, конечный продукт реакции является результатом серии алкилирования и деалкилирования. [12]

Ацилирование Фриделя-Крафтса [ править ]

Ацилирование Фриделя-Крафтса
Названный в честьЧарльз Фридель
Джеймс Ремесла
Тип реакцииРеакция сцепления
Идентификаторы
Портал органической химиифридел-ремесла-ацилирование
Идентификатор онтологии RSCRXNO: 0000045

Ацилирование Фриделя-Крафтса включает ацилирование ароматических колец. Типичными ацилирующими агентами являются ацилхлориды . Типичными кислотными катализаторами Льюиса являются кислоты и трихлорид алюминия. Однако, поскольку полученный кетон образует довольно стабильный комплекс с кислотами Льюиса, такими как AlCl 3 , обычно необходимо использовать стехиометрическое количество или более «катализатора», в отличие от случая алкилирования Фриделя-Крафтса, в котором катализатор постоянно регенерирован. Ацилирование Фриделя – Крафтса также возможно с ангидридами кислот . [13]Условия реакции аналогичны алкилированию по Фриделю – Крафтсу. Эта реакция имеет несколько преимуществ по сравнению с реакцией алкилирования. Из-за электроноакцепторного эффекта карбонильной группы кетонный продукт всегда менее реакционноспособен, чем исходная молекула, поэтому множественное ацилирование не происходит. Также отсутствуют карбокатионные перегруппировки, поскольку ион ацилия стабилизируется резонансной структурой, в которой положительный заряд находится на кислороде.

Жизнеспособность ацилирования Фриделя – Крафтса зависит от стабильности ацилхлоридного реагента. Формилхлорид, например, слишком нестабилен, чтобы его можно было выделить. Таким образом, синтез бензальдегида по пути Фриделя – Крафтса требует синтеза формилхлорида in situ . Это достигается с помощью реакции Гаттермана-Коха , осуществляют путем обработки бензола моноксида углерода и хлористого водорода при высоком давлении, катализируемой смеси хлорида алюминия и хлорида одновалентной меди .

Механизм реакции [ править ]

Реакция протекает через образование ацилиевого центра. Реакция завершается депротонированием иона арения AlCl 4 - , регенерируя катализатор AlCl 3 . Однако, в отличие от настоящей реакции каталитического алкилирования, образующийся кетон представляет собой умеренное основание Льюиса, которое образует комплекс с сильным трихлоридом алюминия кислоты Льюиса. Образование этого комплекса обычно необратимо в условиях реакции. Таким образом, требуется стехиометрическое количество AlCl 3 . Комплекс разрушается при водной обработке с получением желаемого кетона. Например, классический синтез дезоксибензоина требует 1,1 эквивалента AlCl 3.что касается ограничивающего реагента, фенилацетилхлорида. [14] В некоторых случаях, как правило, когда бензольное кольцо активировано, ацилирование Фриделя-Крафтса также можно проводить с каталитическими количествами более мягкой кислоты Льюиса (например, солей Zn (II)) или кислотного катализатора Бренстеда с использованием ангидрида или даже сама карбоновая кислота в качестве ацилирующего агента.

Если желательно, полученный кетон может быть впоследствии восстановлен до соответствующего алканового заместителя либо восстановлением Вольфа-Кишнера, либо восстановлением Клемменсена . Конечный результат такой же, как и при алкилировании Фриделя-Крафтса, за исключением того, что перегруппировка невозможна. [15]

Гидроксиалкилирование Фриделя-Крафтса [ править ]

Арены реагируют с некоторыми альдегидами и кетонами с образованием гидроксиалкилированных продуктов, например, в реакции мезитильного производного глиоксаля с бензолом: [16]

Как правило, альдегидная группа является более реакционной электрофильной группой, чем фенон .

Объем и варианты [ править ]

Эта реакция связана с несколькими классическими названными реакциями:

  • Ацилированный продукт реакции можно превратить в алкилированный продукт восстановлением Клемменсена . [17] [18] [19]
  • Реакция Гаттермана – Коха может быть использована для синтеза бензальдегида из бензола. [20]
  • Реакция Гаттермана описывает реакции арена с синильной кислотой. [21]
  • Реакция Хубена – Хёша описывает реакции арена с нитрилами. [22] [23]
  • Модификация реакции с ароматическим фениловым эфиром в качестве реагента называется перегруппировкой Фриза .
  • В реакции Шолля два арена соединяются напрямую (иногда это называется арилированием Фриделя – Крафтса ). [24] [25]
  • В реакции Зинкке-Зуля п- крезол алкилируется до циклогексадиенона тетрахлорметаном. [26]
  • При хлорметилировании Бланка хлорметильная группа добавляется к арену с формальдегидом, соляной кислотой и хлоридом цинка. [27] [28]
  • Синтез Богерт-Кук (1933) включает в себя обезвоживание и изомеризацию из 1-бета-phenylethylcyclohexanol к октагидро производное фенантрена [29]

  • Синтез Darzens-Неницеска кетонов (1910, 1936) включает ацилирование циклогексен с ацетилхлоридом в methylcyclohexenylketone.
  • В связанном с ним восстановительном ацилировании Неницеску (1936) добавлен насыщенный углеводород, что делает его восстановительным ацилированием до метилциклогексилкетона.
  • Реакция Ненки (1881 г.) представляет собой ацетилирование фенолов кислотами в присутствии хлорида цинка. [30]
  • В зеленой химии изменении хлорид алюминия заменяются графитом в алкилировании п - ксилоле с 2-бромбутаном . Этот вариант не работает с первичными галогенидами, из которых предполагается меньшее участие карбокатиона. [31]

Красители [ править ]

Реакции Фриделя-Крафтса были использованы в синтезе нескольких триарилметановых и ксантеновых красителей . [32] Примерами являются синтез тимолфталеина (индикатор pH) из двух эквивалентов тимола и фталевого ангидрида :

Реакция фталевого ангидрида с резорцином в присутствии хлорида цинка дает флуорофор флуоресцеин . Замена резорцина на N, N-диэтиламинофенол в этой реакции дает родамин B :

Реакции Хаворта [ править ]

Реакция Хаворта - классический метод синтеза 1-тетралона . [33] В этой реакции бензол взаимодействует с янтарным ангидридом , промежуточный продукт восстанавливается, и происходит второе ацилирование FC с добавлением кислоты. [34]

В родственной реакции фенантрен синтезируется из нафталина и янтарного ангидрида в серии стадий, которые начинаются с ацилирования FC.

Тест Фриделя – Крафтса для ароматических углеводородов [ править ]

Взаимодействие хлороформа с ароматическими соединениями с использованием катализатора хлорида алюминия дает триарилметаны, которые часто ярко окрашены, как в случае с триарилметановыми красителями. Это стендовый тест для ароматических соединений. [35]

См. Также [ править ]

  • Окись этилена
  • Семья Фридель , богатая родословная французских ученых
  • Гидродеалкилирование
  • Трансалкилирование

Ссылки [ править ]

  1. ^ Friedel, C .; Crafts, JM (1877) "Sur une nouvelle méthode générale de synthèse d'hydrocarbures, d'acétones, и т. Д." Compt. Ренд. , 84 : 1392 и 1450 .
  2. ^ Цена, CC (1946). «Алкилирование ароматических соединений по методу Фриделя-Крафтса». Орг. Реагировать . 3 : 1. doi : 10.1002 / 0471264180.or003.01 . ISBN 0471264180.
  3. Перейти ↑ Groves, JK (1972). "Ацилирование алкенов по Фриделю-Крафтсу". Chem. Soc. Rev. 1 : 73. DOI : 10.1039 / cs9720100073 .
  4. ^ Eyley, SC (1991). «Алифатическая реакция Фриделя – Крафтса». Компр. Орг. Synth . 2 : 707–731. DOI : 10.1016 / B978-0-08-052349-1.00045-7 . ISBN 978-0-08-052349-1.
  5. ^ Хини, Х. (1991). "Бимолекулярная ароматическая реакция Фриделя – Крафтса". Компр. Орг. Synth . 2 : 733–752. DOI : 10.1016 / B978-0-08-052349-1.00046-9 . ISBN 978-0-08-052349-1.
  6. ^ Rueping, M .; Nachtsheim, BJ (2010). «Обзор новых разработок в алкилировании Фриделя – Крафтса - от зеленой химии до асимметричного катализа» . Beilstein J. Org. Chem . 6 (6): 6. DOI : 10,3762 / bjoc.6.6 . PMC 2870981 . PMID 20485588 .  
  7. ^ а б Смит, Майкл Б .; Март, Джерри (2007), Расширенная органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
  8. ^ Л., Уильямсон, Кеннет (4 января 2016 г.). Макромасштабные и микромасштабные органические эксперименты . Мастерс, Кэтрин М. (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс, США. ISBN 9781305577190. OCLC  915490547 .
  9. ^ Смит, WT младший; Селлас, JT (1963). «Неофилхлорид» . Органический синтез .
  10. ^ Хаджра, S .; Maji, B .; Бар, С. (2007). "Катализируемое трифлатом самария галоген-промотированное алкилирование Фриделя – Крафтса алкенами". Орг. Lett. 9 (15): 2783–2786. DOI : 10.1021 / ol070813t . PMID 17585769 .  
  11. ^ Anslyn, E .; Уоллес, штат Кентукки; Hanes, R .; Мори, Дж .; Килвей, КВ; Сигель, Дж. (2005). «Получение 1,3,5-трис (аминометил) -2,4,6-триэтилбензола из двух универсальных 1,3,5-три (галогензамещенных) 2,4,6-триэтилбензольных производных». Синтез . 2005 (12): 2080–2083. DOI : 10,1055 / с-2005-869963 .
  12. ^ Норман, Ричард Освальд Чендлер; Коксон, Джеймс Моррис (1993). Принципы органического синтеза (3-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. ISBN 0751401269. OCLC  27813843 .
  13. ^ Сомервилл, LF; Аллен, CFH (1933). «β-Бензоилпропионовая кислота». Органический синтез . 13 : 12. DOI : 10,15227 / orgsyn.013.0012 .
  14. ^ "Дезоксибензоин" . www.orgsyn.org . Проверено 26 января 2019 .
  15. ^ Ацилирование Friedel-Crafts . Organic-chemistry.org. Проверено 11 января 2014.
  16. ^ Fuson, RC; Weinstock, HH; Уллёт, Г.Е. (1935). «Новый синтез бензоинов. 2 ', 4', 6'-триметилбензоин». Варенье. Chem. Soc. 57 (10): 1803–1804. DOI : 10.1021 / ja01313a015 .
  17. ^ Клемменсен, Э. (1913). "Reduktion von Ketonen und Aldehyden zu den entsprechenden Kohlenwasserstoffen unter Anwendung von amalgamiertem Zink und Salzsäure" . Chemische Berichte . 46 (2): 1837–1843. DOI : 10.1002 / cber.19130460292 .
  18. ^ Клемменсен, Э. (1914). "Uber eine allgemeine Methode zur Reduktion der Carbonylgruppe in Aldehyden und Ketonen zur Methylengruppe" . Chemische Berichte . 47 : 51–63. DOI : 10.1002 / cber.19140470108 .
  19. ^ Клемменсен, Э. (1914). "Uber eine allgemeine Methode zur Reduktion der Carbonylgruppe in Aldehyden und Ketonen zur Methylengruppe. (III. Mitteilung.)" . Chemische Berichte . 47 : 681–687. DOI : 10.1002 / cber.191404701107 .
  20. ^ Gattermann, L .; Кох, JA (1897). "Ароматический альдегид Eine Synthese" . Бер. 30 (2): 1622–1624. DOI : 10.1002 / cber.18970300288 .
  21. ^ Л. Гаттерманн; В. Берхельманн (1898). «Синтезированный ароматический оксальдегид» . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 31 (2): 1765–1769. DOI : 10.1002 / cber.18980310281 .
  22. ^ Hoesch, Курт (1915). "Eine neue Synthese aromatischer Ketone. I. Darstellung einiger Phenol-ketone" . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 48 (1): 1122–1133. DOI : 10.1002 / cber.191504801156 .
  23. ^ Houben, J. (1926). "Uber die Kern-Kondensation von Phenolen und Phenol-äthern mit Nitrilen zu Phenol- und Phenol-äther-Ketimiden und -Ketonen (I.)". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (серии A и B) . 59 (11): 2878–2891. DOI : 10.1002 / cber.19260591135 .
  24. Перейти ↑ MB Smith, J March. Мартовская продвинутая органическая химия (Wiley, 2001) ( ISBN 0-471-58589-0 ) 
  25. ^ Grzybowski, M .; Skonieczny, K .; Butenschön, H .; Грыко, ДТ (2013). «Сравнение окислительного ароматического сочетания и реакции Шолля». Энгью. Chem. Int. Эд . 52 (38): 9900–9930. DOI : 10.1002 / anie.201210238 . PMID 23852649 . 
  26. ^ Zincke, Th. ; Зуль. Р. (1906). "Ueber die Einwirkung von Tetrachlorkohlenstoff und Aluminiumchlorid auf p -Kresol und p -Kresolderivate" . Chemische Berichte . 39 (4): 4148–4153. DOI : 10.1002 / cber.190603904115 .
  27. ^ Блан, Гюстав Луи (1923). Бюллетень химического общества Франции [4] . 33 : 313–319. Отсутствует или пусто |title=( справка )
  28. ^ G. Grassi и C. Maselli (1898) "Su alcuni diverati clorurati de trossimetilene" (О некоторых хлорированных производных 1,3,5-триоксана), Gazzetta Chimica Italiana , 28 (часть 2): 477-500; см. особенно стр. 495.
  29. ^ Эта реакция с пятиокиси фосфора : Kamp, JVD; Мозеттиг, Э. (1936). «Транс- и цис-октагидрофенантрена». Журнал Американского химического общества . 58 (6): 1062–1063. DOI : 10.1021 / ja01297a514 .
  30. ^ Nencki, M .; Зибер, Н. (1881). "Ueber die Verbindungen der ein- und zweibasischen Fettsäuren mit Phenolen" . J. Prakt. Chem. (на немецком). 23 : 147–156. DOI : 10.1002 / prac.18810230111 .
  31. ^ Середа, Григорий А .; Раджпара, Викул Б. (2007). «Зеленая альтернатива алкилированию ксилола хлоридом алюминия». J. Chem. Educ. 2007 (84): 692. Bibcode : 2007JChEd..84..692S . DOI : 10.1021 / ed084p692 .
  32. ^ McCullagh, Джеймс V .; Даггетт, Келли А. (2007). «Синтез триарилметановых и ксантеновых красителей с использованием реакций электрофильного ароматического замещения» . J. Chem. Educ. 84 (11): 1799. Bibcode : 2007JChEd..84.1799M . DOI : 10.1021 / ed084p1799 .
  33. ^ Хаворт, Роберт Даунс (1932). «Синтезы алкилфенантренов. Часть I. 1-, 2-, 3- и 4-метилфенантрены». J. Chem. Soc. : 1125 DOI : 10.1039 / JR9320001125 .
  34. ^ Ли, Джи Джек (2003) Назовите реакции: Сборник подробных механизмов реакции , Springer, ISBN 3-540-40203-9 , стр. 175. 
  35. ^ Джон С. Гилберт., Стивен Ф. Мартин. Brooks / Cole CENGAGE Learning, 2011. стр. 872. 25.10 Ароматические углеводороды и арилгалогениды - Классификационный тест. ISBN 978-1-4390-4914-3 

Реакции Фриделя-Крафтса опубликованы на сайте Organic Syntheses [ править ]

  • Алкилирование:
    • Дифенилацетон, Organic Syntheses, Coll. Vol. 3, стр. 343 (1955); Vol. 29, стр. 38 (1949) Ссылка на статью .
    • Реакция р - ксилол с хлорметаном до дурола органических синтезов, Coll. Vol. 2, стр. 248 (1943); Vol. 10, стр. 32 (1930). Ссылка на статью
    • Синтез бензофенона из органического синтеза бензола и тетрахлорметана , Coll. Vol. 1, стр. 95 (1941); Vol. 8, стр. 26 (1928 г.). Ссылка на статью
  • Ациляции:
    • Dibenzoylethylene Organic Syntheses, Coll. Vol. 3, стр. 248 (1955); Vol. 20, стр. 29 (1940) Ссылка на статью .
    • реакция органического синтеза аценафтена и янтарной кислоты , Coll. Vol. 3, стр. 6 (1955); Vol. 20, стр. 1 (1940). Ссылка на статью
    • Desoxybenzoin Organic Syntheses, Coll. Vol. 2, стр. 156 (1943); Vol. 12, стр. 16 (1932 г.). Ссылка на статью
    • Ацилирование соединения фенантрена Organic Syntheses, Vol. 80, стр. 227 Ссылка
    • Реакция бромбензола с уксусным ангидридом Organic Syntheses, Coll. Vol. 1, стр. 109 (1941); Vol. 5, стр. 17 (1925 г.). Ссылка на статью
    • бета-метилантрахинон, Organic Syntheses, Coll. Vol. 1, стр. 353 (1941); Vol. 4, стр. 43 (1925 г.). Ссылка на статью
    • Бензоилирование ферроценовых органических синтезов, Сб. Vol. 6, стр. 625 (1988); Vol. 56, стр. 28 (1977). Ссылка на статью