- ФРИДЕЛЯ - КРАФТСА РЕАКЦИЯ
- ,
алкилирование и аци-лирование ароматич. углеводородов (аренов) и их производных в присут. безводного AlCl3 и др. кислотных катализаторов. Классич. пример Ф.- К. р.- алкилирование бензола ал-килгалогенидами, представляющее собой типичное электроф. замещение в ароматич. ядре (
E):
В Ф.- К. р. вступают также конденсир. ароматич. углеводороды и нек-рые гетероароматич. соед. (напр., тиофен, фуран и их производные). Р-цию проводят в р-рителе или без него в небольшом интервале т-р.
При алкилированиив качестве реагентов используют алкилгалогениды, спирты и олефины; в качестве катализаторов - к-ты Льюиса, протонные к-ты, кислотные оксиды, а также катионообменные смолы. Катализаторы алкилирова-ния по общей активности можно примерно расположить в след. ряды:
Активность катализаторов в каждом конкретном случае зависит от природы субстрата, условий эксперимента и наличия примесей, напр. следов воды.
Механизм р-ции алкилирования предполагает, что сначала алкилгалогенид и катализатор образуют реагент (быстрая стадия), представляющий собой комплекс с переносом заряда (ф-ла I) или ионную пару (II), к-рый затем реагирует с ареном (медленная стадия), давая соед. III; перенос протона к р-ри-телю приводит к продукту р-ции. При проведении процесса без р-рителя или в слабоосновном р-рителе III - конечный продукт алкилирования, он распадается лишь при разложении реакц. массы:
Реакц. способность алкилгалогенидов в Ф.- К. р. падает при переходе от фторидов к иодидам (CH3Br реагирует в ~200 раз быстрее, чем CH3I) и от третичного алкила к первичному. Вводимая алкильная группа активирует бензольное ядро, что способствует дальнейшему алкилированию. Число вводимых алкильных групп определяется стерич. факторами. Для получения моноалкилир. продуктов используют избыток арена (последний может служить р-рителем) и эффективное перемешивание.
Толуол алкилируется быстрее, чем бензол. Соотношение орто- и пара -изомеров при алкилировании толуола зависит от размера входящей алкильной группы; так, при алкилировании CH3Br оно составляет (1,9:1), (СН 3)2 СНВг -(1,2:1), C6H5CH2Cl- (0,82:1), при алкилировании трет- бу-тилбромидом (кат.- AlCl3) продукт орто -замещения не обнаружен.
В большинстве случаев мета -ориентирующие заместители, напр. группа NO2, препятствуют алкилированию, однако р-ция все же возможна, если молекула субстрата содержит одновременно активирующую и дезактивирующую группы, как в случае о-нитроанизола.
Алкилирование олефинами протекает в присут. безводного HCl с образованием активного комплекса:
Кол-во катализатора в Ф.- К. р. зависит от алкилирующего агента: при алкилировании алкилгалогенидами и олефинами используют каталитич. кол-ва, спиртами и алкеноксидами -эквимолярные; последнее условие должно соблюдаться при алкилировании аренов, содержащих в качестве заместителей группы RO, RC(O) и др., способные образовывать комплексы с AlCl3.
Побочные процессы при алкилировании по Ф.- К. р.- изомеризация и диспропорционирование алкильных групп в арене.
Использование вместо AlCl3 катализаторов типа цеолитов позволяет повысить селективность Ф.- К. р. Так, при алкилировании толуола этиленом в присут. AlCl3 - HCl образуется смесь орто-, мета- и пара -этилтолуолов в соотношении (11:55:34), а при проведении процесса на модифицир. цеолите ZSM-5 получают 97% и-этилтолуола и 3% мета -изомера; орто -изомер не образуется.
Ацилирование в условиях Ф.- К. р. проводят с помощью хлорангидридов или ангидридов карболовых к-т. Механизм р-ции аналогичен алкилированию: на первом этапе ацилирующий агент и катализатор, к-рый в этих случаях правильнее называть реагентом, образуют ионную пару (IV), последняя с ареном дает соед. (V); перенос протона к р-ри-телю приводит к устойчивому комплексу (VI), из к-рого продукт р-ции освобождается при разложении реакц. массы водой:
При ацилировании с помощью ангидридов карбоновых к-т связываются два моля AlX3. Кол-во катализатора в р-циях ацилирования, в отличие от р-ций алкилирования, должно
быть не менее, чем стехиометрическое; это связано с тем, что как ацилирующий агент, так и продукт р-ции образуют с катализатором комплексы в соотношении 1:1.
Влияние заместителей в р-циях ацилирования такое же, как для р-ций алкилирования. Ацилирование по Ф.- К. р., в отличие от алкилирования, приводит, как правило, к моноацильному продукту.
Ацилирование в условиях Ф.- К. р.- основной метод синтеза ароматич. и жирноароматич. кетонов; при использовании хлорангидридов дикарбоновых к-т образуются дикетоны, напр.:
Частные случаи ацилирования по Ф.- К. р.- Гаттермана -Коха реакция, Фриса перегруппировка. Модификация Вильсмайера-Хаака: ацилиро-вание ароматич. соед. анилидами в присут. POCl3:
Модификация Бена: использование в качестве р-ри-теля при ацилировании фенолов нитробензола для обеспечения гомогенности реакц. смеси.
Модификация Ненцкого: ацилирование фенолов карбоновыми к-тами в присут. ZnCl2; применение FeCl3 как более мягкого катализатора.
Модификация Перрье: ацилирование с помощью предварительно приготовленного комплекса AlCl3 с RCOX с целью повышения выхода продуктов р-ции.
Вариант Ф.- К. р.- метод Фриделя - Крафтса - Каррера -получение нитрилов взаимод. ароматич. соед. со свежеприготовленными галогенцианидами в присут. AlCl3:
Ф.- К. р. применяют в пром-сти для произ-ва высокооктановых топлив, изопропилбензола,b -фенилэтилового спирта, бензофенона, полупродуктов для лек. в-в и синтетич. красителей.
Р-ция открыта Ш. Фриделем и Дж. Крафтсом в 1877.
Лит.:Tомас Ч., Безводный хлористый алюминий в органической химии, пер. с англ., M., 1949; Пrайс Ч., в кн.: Органические реакции, пер. с англ., сб. 3, M., 1951; Берлинер Э., там же, сб. 5, M., 1951; Лебедев Н. Н., Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза, 2 изд., M., 1975; Friedel-Crafts and related reactions, ed. by G.A. Olah, v. 1-4, N.Y.-L., 1963-65. C.K. Смирнов.
Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под ред. И. Л. Кнунянца. 1988.