EAS反应(3)- Friedel-Crafts酰基化和Friedel-Crafts烷基化

烷基化和酰基化

• 芳香环会形成碳碳键烷基或酰卤化物在强路易斯酸(如AlCl_3.)．这些被称为弗里德工艺品的反应和例子亲电芳香族取代反应．
• 路易斯酸与卤素上的孤对配合，使卤素成为更好的离去基团．
• 在Friedel-Crafts烷基化中，an烷基用路易斯酸处理的卤化物会产生碳正离子亲电试剂(或一种与碳正离子非常相似的物质)然后被芳香环攻击。
• 碳正离子会发生重排如果它们能产生更稳定的碳正离子!
• 弗里德尔-克拉夫酰基化是用酰卤化物和路易斯酸。没有重组是观察到的。

目录

1. 快速回顾亲电芳香族取代反应:碳-碳键形成反应!
2. 芳香族环的Friedel-Crafts烷基化
3. Lewis酸在Friedel-Crafts烷基化反应中的作用是活化卤代烃
4. 形成碳碳键的关键步骤是芳香环对碳正离子的攻击(或carbocation-like)亲电试剂
5. 小心!碳正离子重排可发生在Friedel-Crafts烷基化反应中
6. 如果氢化物位移或烷基位移会导致更稳定的碳正离子，假设它会发生
7. Friedel-Crafts烷基化的局限性
8. 傅克酰化
9. Friedel-Crafts酰基化反应的机理
10. Friedel-Crafts酰基化没有重排
11. Friedel-Crafts酰基化的局限性
12. 摘要:Friedel-Crafts烷基化和酰基化
13. 笔记
14. 测试你自己!
15. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.快速回顾亲电芳香族取代反应:碳-碳键形成反应!

这是有机化学导论中关于关键亲电芳香族取代反应的三篇系列文章中的第三篇。

• 在第1部分我们讨论了通过EAS对芳香环进行卤化(氯化、溴化和碘化)。
• 在第2部分我们讨论了通过EAS对芳香环进行硝化和磺化反应。

综上所述，到目前为止，我们已经学习了形成碳卤键、碳氮键和碳硫键的反应。

到目前为止，还缺少哪一类重要的债券?

碳碳键形成反应!［注1]

在这篇文章中，我们将介绍两个重要的C-C键形成亲电芳香取代反应，它们以它们的发现者Charles Friedel和James Crafts的名字命名:傅克烷基化而且傅克酰化．

我们还会看到这些反应熟悉的三步模式在之前的亲电芳香族取代反应中见过，即:

• 激活亲电试剂用路易斯酸
• “激活者”的攻击亲电试剂被芳香的环
• 去质子化恢复芳香性

2.芳香族环的Friedel-Crafts烷基化

当一个烷基卤化物是用路易斯酸处理的芳香环，存在烷基在失去C-H键的情况下，可以将一个基团加到环上(形成C-C)。这种亲电芳香族取代反应被称为傅克烷基化的反应。

一般情况下，在没有路易斯酸的情况下不发生反应。常用的路易斯酸是氯化铝，AlCl_3.，但也可能使用其他许多方法，如FeCl_3.等等。

烷基卤化物(通常是氯化物，溴化物和碘化物)必须使用，因为反应完全失败烯基而且炔基卤化物。

下面是一个使用氯乙酯的具体例子:

3.Lewis酸在Friedel-Crafts烷基化反应中的作用是活化卤代烃

如果在没有路易斯酸的情况下没有反应，那么路易斯酸在这里的作用是什么?

就像我们在前两篇关于亲电芳香族取代反应的文章中看到的那样，刘易斯酸“激活”了亲电试剂通过协调离去基团，使它成为一个较弱的碱，和一个更好的碱离去基团(AlCl₄^{- - - - - -}它的碱比Cl弱^{- - - - - -})．最终结果就是路易斯酸的配位亲电试剂使得这个物种更好的亲电试剂．

例如，用异丙基氯(下图)，第一步是AlCl的配位_3.到氯原子。这削弱了C-Cl键，结果Cl可以分离(如AlCl₄^{- - - - - -})生成二次碳正离子(更好的亲电试剂比异丙基氯本身)。

• 对于仲卤化物和叔卤化物，可以发生完全解离成碳正离子。
• 对于初级(和甲基)烷基卤化物,亲电试剂可能不是一个“自由”碳正离子，而是一个“类碳正离子”物种，其中C-Cl键被大大削弱/延长。
• 正如我们简单提到的，没有反应发生烯基或炔基卤化物，主要是因为这些物种的碳正离子是如此不稳定和难以产生。

注意:虽然这里我们展示的是碳正离子亲电试剂在Friedel-Crafts模型中是由烷基卤化物和路易斯酸，还有其他产生碳正离子的方法[例如通过烯烃的质子化，见下文］．我们通常把傅氏烷基化定义为芳香环与碳正离子(或类碳正离子)中间体的反应。看到注2为例。

4.形成碳碳键的关键步骤是芳香环对碳正离子(或类碳正离子)亲电试剂的攻击

一旦亲电试剂已经被激活，下一步的弗里德尔-克拉夫特是攻击激活亲电试剂被芳香的环。这也是速率决定步骤，因为它破坏了环的芳香性(及其~36千卡/摩尔的共振能量)。

在这一步中，芳香环上的一个C-C (pi)键断裂，形成一个新的C-C sigma键，从而形成碳正离子中间体:

最后一步是C-H被弱碱(如Cl)去质子化^{- - - - - -})以恢复环上的芳香:

[另一种描述反应中曲线箭头的方法是解离Cl^{- - - - - -}间变性大细胞淋巴瘤引起的₄^{- - - - - -}然后把它作为基底。无论哪种方式都是一样的]。

注意AlCl_3.在这里重新生成，允许它在步骤1中与另一个等价的烷基卤化物。因此,间变性大细胞淋巴瘤引起_3.可以作为催化剂在这个反应中，由于它增加了反应的速率，但没有被反应消耗。

5.当心!碳正离子重排可发生在Friedel-Crafts烷基化反应中

许多大学的科学课程都是单元教学的，你在一个模块学到的东西与你在另一个模块学到的东西几乎没有重叠。

不用说，有机化学不是这样的。你可能已经经历过这样的情况:你在Org 1中学到的概念以意想不到的方式回响在Org 2章节中。准备好另一个有趣的例子。

我们在上面演示了氯化乙酯如何与苯和氯化铝反应_3.在Friedel-Crafts烷基化反应中提供乙苯。

将这个反应从乙基氯扩展到丙基氯，就会得到丙基苯。

对吧?

什么……茴香素?

这是怎么发生的?

回忆往事。还记得1组织的这个可爱的反应吗?

啊，氢化物位移。碳正离子可以通过氢化物重新排列烷基使不稳定的碳正离子转变为更稳定的碳正离子。

在Friedel-Crafts反应中，我们看到路易斯酸和酸的配位烷基卤化物产生碳正离子(或者在原初反应的情况下)烷基卤化物，至少是一种“类似碳正离子”的物种)，然后在速率决定步骤中被芳香环攻击。

6.如果氢化物位移或烷基位移会导致更稳定的碳正离子，它就会发生

所以这里发生的事情并没有什么不同:如果碳正离子可以通过氢化物重新排列成更稳定的碳正离子或者烷基Shift，它会这样做。

有机化学2：第一学期的概念会回来咬你的屁股的课程．™

这是氯丙基的情况。

氢化物从C的转移₂C₁生成一个仲碳正离子，然后被芳香环攻击。

Friedel-Crafts烷基化反应的底线:

• 假设烷基卤化物经过一个碳正离子
• 假设碳正离子可以通过氢化物重新排列形成更稳定的碳正离子(或烷基)改变，它会。

另一个FC烷基化重排的例子在脚注中只是为了好玩。［注3]

7.Freidel-Crafts烷基化的局限性

最后一个关于Friedel-Crafts烷基化的注意事项:一些缺点。

• 首先，正如我们所看到的，碳正离子重排可能发生的。[有一些方法可以间接绕过这个问题，我们将在下面暗示这些方法]跳到底部］．
• 其次，Friedel-Crafts烷基化不适合电子含量低的芳香族环，特别是像CF这样的强失活取代基_3.,没有₂,所以_3.H，等等。卤素是可以的。
• 第三，这是一个更实际的问题，所以经常被忽视，FC烷基化的产物往往是更好的亲核试剂比起始材料。(回想一下,烷基小组正在激活。)结果可能有点像薯条里的饼干怪物!工厂-它不能停在一个，导致多个烷基化。

8.傅克酰化

与傅氏烷基化有关的一个过程，叫做傅克酰化弗里德尔和克拉夫特在大约同一时间(1877年)发现了它。如果路易斯酸加入到酰卤在芳香族环的存在下，形成亲电芳香族取代反应可以通过酰基加到芳香环上而发生(HX的损失)。

与F.C.烷基化反应一样，弗里德尔-克拉夫斯酰化反应中具体的刘易斯酸可以变化。氯化铝(AlCl_3.)，但FeCl_3.和其他路易斯酸也会起作用。

这里有一个Friedel-Crafts酰基化的一般例子:

一个具体的例子是氯化铝催化乙酰氯和苯的反应:

9.Friedel-Crafts酰基化反应的机理

那么friedl - crafts酰基化反应是如何进行的呢?

与FC烷基化一样，第一步是活化亲电试剂．路易斯酸与卤素相协调，卤素的离去(如AlCl₄^{- - - - - -})会产生相当稳定的、共振稳定的碳正离子，即“酰基离子”。

酰基离子是活性的亲电试剂在Friedel-Crafts酰基化反应中。一旦形成，酰基离子就会受到芳香环的攻击:

与弗里德尔-克拉夫特烷基化一样，最后一步是碳的去质子化，以再生芳香烃环。

10.Friedel-Crafts酰基化没有重排

与傅氏烷基化不同，傅氏酰基化不发生重排。

这为使用Friedel-Crafts酰基化获得由于碳正离子重排而难以通过Friedel-Crafts烷基化获得的产品开辟了一个“变通方法”。(我们将在以后的文章中详细讨论这个问题，但在这里我们只介绍一下)。

举个例子，我们来看看如何用它来生产丙苯，我们知道苯和AlCl的Friedel-Crafts烷基化反应不能得到丙苯_3.和1-propylchloride。

这里的第一步是在苯和丙酰氯之间进行Friedel-Crafts酰基化反应，可能由AlCl催化_3.．这是乙基苯基酮．

下一个步骤是执行减法酮转化成烷烃，我们很快就会看到反应有很多种方式。这是1-丙基苯。

[评论员维克多，来自化学帮助中心，Helpfully指出，有第四种方法来做到这一点-转换酮生成硫酮，然后还原成烷烃兰尼镍．]

我们将在以后的文章中更多地讨论芳香族分子的合成途径。

11.Friedel-Crafts酰基化的局限性

• 与烷基化类似，弗里德尔-克拉夫酰基化倾向于在具有强失活基团的芳香环上失败，如硝基、CF_3.磺酰等。然而，卤代芳烃仍然有效。
• 把这放在“可能不需要知道的类别”中，但弗里德尔-克拉夫酰化反应中的催化剂转化率并不高。在“现实生活”中，氯化铝的化学计量量_3.通常是必需的，因为AlCl_3.强坐标到酮产品。

12.摘要:Friedel-Crafts烷基化和酰基化

由于它们形成碳-碳键，Friedel-Crafts烷基化和酰基化反应是特别重要的亲电芳香族取代反应。再加上溴化、氯化、硝化和磺化反应，它们构成了六个核心亲电芳香族取代反应。

在我们讲完亲电芳香族取代之前，有必要再详细讲一下弗里德尔-克拉夫氏反应的另一个方面它经常让学生头疼;的分子内的版本。

在下一篇文章:分子内Friedel-Crafts反应

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笔记

注1．如果你说“碳-氧”是一种我们在EAS中没有见过的键，那就有加分了。苯环的直接亲电氧化在实验室中很难做到。就我们的目的而言，在芳香环上形成C-O通常已经完成了间接，而不是通过直接的EAS。我们将在适当的时候探讨两种方法Baeyer-Villiger氧化和某些重氮盐反应。

注2。弗里德尔-克拉夫烷基化的另一种方法是通过质子化生成碳正离子烯烃．当产生一个相当稳定的碳正离子时，例如t2-甲基丙烯质子化生成的-丁基碳正离子。

注3．额外的例子烷基转变。

注意4．上一篇文章我们了解到，磺酰基可以用强酸去除，我暗示了另一个可以去除的基团，将在下一篇文章(即这篇文章)中讨论。这个群体是t-丁基，在强迫条件下可以用强酸去除。这是可行的t-丁基碳正离子相对稳定，因此弗里德尔-克洛夫斯烷基化是可行的。

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测试你自己!

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(高级)参考资料和进一步阅读

傅克烷基化:

1. 杰杰克李在他的书中描述名字的反应：
   “弗里德尔-克拉夫特反应的发现是机缘巧合和敏锐观察的结果。1877年，弗里德尔和克拉夫特都在查尔斯·伍尔茨的实验室工作。为了制备碘化戊酯，他们以苯为溶剂，用铝和碘化物处理氯戊酯。他们最终得到的不是碘酰戊酯，而是戊苯!不像他们之前的其他人可能只是简单地放弃了这个反应，他们彻底研究了刘易斯酸催化的烷基化和酰化，并发表了50多篇关于弗里德尔-克罗夫茨反应的论文和专利，这已经成为最有用的有机反应之一。”
   DOI：10.1007 / 978 - 3 - 642 - 01053 - 8 - _101
2. 新方法合成碳氢化合物、丙酮等。
   弗里德尔和j·m·克拉夫特
   点数。撕裂。187784, 1392 - 1395
   这是弗里德尔和克拉夫特用法语写的经典原创论文烷基化芳香化合物(这里是苯)的烷基氯化物与AlCl_3.．
3. 苯苯烷基化的重排
   亨利·吉尔曼和r·n·餐食
   有机化学杂志1943年,08(2), 126 - 146
   DOI：10.1021 / jo01190a003
   本文由美国传奇化学家亨利·吉尔曼教授(爱荷华州立大学)仔细研究了苯的长链烷基化烷基卤化物(C10及以上)。这是一项巨大的努力，特别是考虑到这是在现代色谱或光谱技术(例如GC或NMR)之前，这些技术可以使这些化合物的混合物分析和表征变得更加容易。George A. Olah, 1994年获得诺贝尔化学奖，因其在超强酸和弗里德尔-克拉夫化学方面的研究而闻名。以下是他与Friedel-Crafts烷基化相关的论文精选:
4. 芳香取代反应。六、Friedel-Crafts烷基化和酰基化的中间配合物及反应机理
   g·a·奥拉和s·j·库恩
   美国化学学会杂志1958年,80(24), 6541 - 6545
   DOI:10.1021 / ja01557a022
5. 芳香取代反应。苯和甲基苯的Friedel-Crafts异丙基化异丙基溴和丙烯
   乔治·a·奥拉，西尔维亚·h·弗勒德，斯蒂芬·j·库恩，玛丽安·e·莫法特，妮娜·a·奥弗恰
   美国化学学会杂志1964年,86(6), 1046 - 1054
   DOI:1021 / ja01060a016
6. 芳香取代反应。苯和甲基苯与t-丁基溴化和异丁烯的Friedel-Crafts t-丁基化
   乔治·a·奥拉，西尔维亚·h·弗勒德，玛丽安·e·莫法特
   美国化学学会杂志1964年,86(6), 1060 - 1064
   DOI:1021 / ja01060a018
7. 芳香取代反应。氟苯的Friedel-Crafts异丙基化和t-丁基化
   乔治·a·奥拉，西尔维亚·h·弗勒德，玛丽安·e·莫法特
   美国化学学会杂志1964年,86(6), 1065 - 1066
   DOI:1021 / ja01060a019
8. 芳香取代反应。XXV.1 Friedel-Crafts苄基化、异丙基化和t-苯和甲苯的丁基化
   George A. Olah和Nina A. Overchuk
   美国化学学会杂志1965年,87(24), 5786 - 5788
   DOI:1021 / ja00952a047
   本文的第一句话值得注意:“Friedel-Crafts烷基化因其不可靠的动力学行为而臭名昭著”。这是因为它们在很大程度上是异质的，或者发生在两个阶段。此外，脚注指出，在合并成为凯斯西储大学之前，咨询应向俄亥俄州克利夫兰的西储大学化学系提出。
9. 芳香取代反应。第二十八章。芳香族亲电取代的机理
   乔治·a·奥拉
   Acc。化学。Res。1971年,4(7), 240 - 248
   DOI:10.1021 / ar50043a002
   Olah教授在研究各种类型的亲电芳香族取代反应(硝化、卤化以及弗里德尔-克拉夫酰化和烷基化)的机理方面所做的工作。
10. 芳香取代反应。37章。用锡和氯化铝催化萘的烷基化反应烷基卤化物。动力学和热力学控制的产物组成的分化，烷基萘的异构化
    乔治·奥拉和朱迪思·奥拉
    美国化学学会杂志1976年,98(7), 1839 - 1842
    DOI:1021 / ja00423a032
    这是Olah教授和他的妻子Judith Olah关于Friedel-Crafts烷基化机理的一篇类似的论文，只是使用了萘而不是苯。萘的不同之处在于它有两个单取代位点——a和b位。
11. 苯甲醚的Friedel-Crafts烷基化及其与甲苯的比较。主要昊图公司-帕拉动力学条件下的取代和热力学异构化的影响
    乔治·a·奥拉，朱迪思·a·奥拉，大山俊之
    美国化学学会杂志1984年,106(18), 5284 - 5290
    DOI:1021 / ja00330a042
    这篇论文中令人惊讶的一句话是:“然而，还没有对苯甲醚的烷基化进行系统的研究。因此，我们进行了这样的研究，并报告了我们的结果”。有时科学有这些唾手可得的果实，深入阅读文献可以让你找到它们。以下论文是关于Friedel-Crafts条件下的脱烷基化、异构化或转移烷基化:
12. DESOXYBENZOIN
    F. H.艾伦和W. E.巴克
    Org。Synth。1932年,12、16
    DOI:10.15227 / orgsyn.012.0016
    一个相当有代表性的弗里德尔-克拉夫酰基化的实验过程有机合成，是可靠的、独立测试的合成有机实验实验室程序的知名来源。其产物脱氧安息香在今天被称为二氢查尔酮。
13. 芳香取代反应。第二十二。苯、烷基苯和卤代苯与六氟和六氯锑酸甲碳的乙酰化
    乔治·a·奥拉，斯蒂芬·j·库恩，西尔维亚·h·弗勒德和芭芭拉·a·哈迪
    美国化学学会杂志1964年,86(11), 2203 - 2209
    DOI:1021 / ja01065a020
    本文研究了芳烃与预成型CH的乙酰化反应_3.有限公司⁺Olah教授研究了如何使用SbF分离这种盐₅．另外，注意这些论文是在哪里提交的从-欧拉教授在1950年代从匈牙利逃到加拿大，加入陶氏化学公司。
14. 芳香取代反应。制造。苯与甲苯取代基酰基化反应酰卤化物．取代基和位置选择性的影响
    乔治·a·奥拉和小林四郎
    美国化学学会杂志1971年,93(25), 6964 - 6967
    DOI:1021 / ja00754a045
    这是弗里德尔-克拉夫酰化(或“苯甲酰化”在这种情况下)的机理研究，使用哈米特方法，在物理有机化学的经典工具。反应性越强的亲电试剂越低k_t/ k_b比率和低o / p选择性，而反应性较低的亲电试剂有较高的选择性k_t/ k_b比率和高o / p选择性。k_t/ k_b在这种情况下是指与甲苯和苯反应的相对速率。碳氢化合物和芳烃的氧化作用(或氧功能化)在适当的条件下是绝对可能的，如下两篇论文所述。乔治·奥拉教授就这个问题写了一系列论文。bdapp平台
15. 碳氢化合物的氧功能化。8.超强酸中苯、烷基苯和卤代苯与过氧化氢的亲电羟基化反应
    George A. Olah和Ryuichiro Ohnishi
    有机化学杂志1978年,43(5), 865 - 867
    DOI:1021 / jo00399a014
16. 碳氢化合物的氧功能化。14.芳烃与二(三甲基硅基)过氧化物/三酸的亲电羟基化反应
    乔治·a·奥拉和托马斯·d·恩斯特
    有机化学杂志1989年,54(5), 1204 - 1206
    DOI:1021 / jo00266a041
    本文采用过氧化二(三甲基硅基)(tmsotms)作为氧化剂。