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傅克反应资料讲解.docx


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傅-克反响
傅里德-克拉夫茨反响,简称傅-克反响,是一类芳香族亲电取代反响,1877
年由法国化学家查尔斯·傅里德〔Friedel C〕和美国化学家詹姆斯·克拉夫茨
〔Crafts J〕共同觉察。该反响主要分为两类:烷基化反响和酰基化反响。
傅-克反响:(1)傅-克烷基化反响;(2)傅-克酰基化反响
傅-克烷基化反响
傅-克烷基化反响在强路易斯酸的催化下使用卤代烃对一个芳环进展烷基化。假设使用无水氯化铁作为催化剂,在氯化铁的作用下,卤代物产生碳正离子,碳正离子进攻苯环并取代环上的氢,最终产生烷基芳香族化合物和氯化 氢。总反响式如下:
傅-克烷基化机理
这类反响有个严峻缺点:由于烷基侧链的供电性,反响产物比起原料具有更高的亲核性,于是产物苯环上的另一个氢连续被烷基所取代,导致了过烷基化现象而形成了众多副产物。由于这类反响是可逆的,还可能消灭烷基被其他基团所取代的副产物〔例如被氢取代时,也称为傅-克脱烷基化反响〕;另外长时间的反响也会导致基团的移位,通常是转移至空间位阻较小、热力学稳定的间位产物。另外假设氯不是处于三级碳原子〔叔碳原子〕上,还有可能发生碳正离子重排反响,而这取决于碳正离子的稳定性:即三级碳>二级碳>一级碳。空间位阻效应可以被利用于限制烷基化的数量,比方 1,4-二甲氧基苯的叔丁基化反响。
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1,4-二甲氧基苯的叔丁基化
烷基化的底物并不局限于卤代烃类,傅-克烷基化可以使用任何的碳正离子
中间体参与反响,如一些烯烃,质子酸,路易斯酸,烯酮,环氧化合物的衍生物。如合成 1-氯-2-甲基-2-苯基丙烷就可以从苯与 3-氯-2-甲基丙烯进展反响:
1-氯-2-甲基-2-苯基丙烷的合成
曾有争论实例说明亲电试剂还能选用由烯烃和 NBS 生成的溴离子。
通过烯烃的傅-克烷基化
在这个反响中三氟甲磺酸钐被认为在卤离子形成中活化了 NBS 的供卤素力量。
傅-克去烷基化反响
傅-克烷基化是一个可逆反响。在 逆向傅-克反响或者称之为傅-克去烷基化反响当中烷基可以在质子或者路易斯酸的存在下去除。例如,在用溴乙烷对苯的多重取代当中,由于烷基是一个活化基团,原来期盼能够得到邻对位 取代的产物。然而真正的反响产物是 1,3,5-三乙基苯,即全部烷基取代都是间位取代。热力学反响掌握使得该反响产生了热力学上更稳定的间位产物。通过化学平
衡,间位产物比起邻对位产物降低了空间位阻。因此反响最终的产物是一系列
烷基化与去烷基化共同作用的结果。
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傅-克酰基化反响
1,3,5-三乙基苯的合成
傅-克酰基化反响是在强路易斯酸做催化剂条件下,让酰氯与苯环进展酰化的反响。此反响还可以使用羧酸酐作为酰化试剂,反响条件类似于烷基化反响的条件。酰化反响比起烷基化反响来说具有肯定的优势:由于羰基的吸电子效应的影响〔钝化基团〕,反响产物〔酮〕通常不会像烷基化产物一样连续多重酰化。而且该反响不存在碳正离子重排,这是由于酰基正离子可以共振到氧原子上从而稳定碳离子〔不同于烷基化形成的烷基碳正离子,正电荷格外简洁重排到取代基较多的碳原子上〕。生成的酰基可以用克莱门森复原反响、沃尔夫
-凯惜纳-黄鸣龙复原反响或者催化氢化等反响转化为烷基。
条件:氯化铝为催化剂,回流,无水
傅-克酰化的成功与否取决于酰氯试剂的稳定性。比方甲酰氯就由于不稳定而不能进展,因此合成苯甲醛就需要其他的方法,如 Gattermann-Koch 反响: 在氯化铝和氯化亚铜的催化下,通过苯、一氧化碳与氯化氢在高压当中合成。
反响机理
第一步是在路易斯酸的条件下,氯的解离形成酰基碳正离子:
其次步是接下来的芳环亲电试剂进攻酰基正离子:
最终一步,电荷转移至氯原子形成 HCl,而 AlCl3 催化剂重形成:
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假设需要的话产生的芳香酮可以接着被复原形成相应的芳环烷基侧链, 见:沃尔夫-凯惜纳-黄鸣龙复原反响或者 Clemmensen 复原,两者的区分在于溶剂的酸碱性。
傅-克羟基烷基化
芳环和肯定的醛酮形成相应的羟基取代的烷基化产物:
展望与变化
该反响与以下经典的人名反响相关:
酰化产物可以通过 Clemmensen 复原转化成烷基化产物。Gattermann-Koch 反响可以通过苯来合成苯醛。Gattermann 反响可以通过氢氰酸对芳环进展甲酰化。Houben-Hoesch 反响可以通过氰类化合物来合成芳醛。Fries 重排反响可以通过芳基酯重排得到芳基酮。
Scholl 反响可以让两个芳基直接偶联(有些时候被称作 Friedel–Crafts 芳香化)。Zincke-Suhl 反响可以让甲基苯酚和四氯化碳反响得到环己烯二酮。
布兰克氯甲基化反响:通过盐酸,氯化锌的催化通过甲醛将氯甲基引入芳基。
Bogert-Cook 合成 (1933) 通过脱水反响和异构化,将 1-β-苯乙环己醇 合成菲。
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Darzens-Nenitzescu 酮合成法(1910, 1936)将环己烯和乙酰氯反响得到甲基环己基酮。Nenitzescu 复原酰化(1936) 绿色化学当中,氯化铝被石墨代替用于和 2
-溴丁烷进展对二甲苯的烷基化。由于其碳正离子的稳定性更弱,此类反响不适用于一级卤代烃
染料
Friedel–Crafts 反响应用于很多染料的合成,比方:三苯基甲烷和氧杂蒽染料。图例通过两当量的百里酚和邻苯二甲酸酐合成百里酚酞(一种 pH 指示剂)。
百里酚酞的合成
图例通过邻苯二甲酸酐和间苯二酚在氯化锌的催化下得到氟代荧光素。而在反响中用 N,N-二乙基氨基酚取代间苯二酚做则得到罗丹明 B:
罗丹明 B 的合成
Haworth 反响
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Haworth 反响是合成 1-四氢萘酮的一个传统方法。在这个例子当中苯和琥珀酸酐反响,中间产物被复原,然后连续和羧酸进展 FC 酰化。
Haworth 反响
另外一个相关反响,从萘作为原料合成菲就是利用琥珀酸酐进展了一系列的反响。
Haworth 菲合成
利用傅-克反响进展芳香烃类的检测
利用氯仿和氯化铝催化剂和芳香化合物反响得到三芳香环取代甲烷,由于通常具有亮丽的颜色这种反响能够用来在试验室内检验芳香化合物。
拓展
如同克莱森重排的进展一样,傅-克酰基化反响先是在芳香族化合物的反响中觉察和应用,而后来觉察该反响同样适用于非芳香族化合物〔主要是烯
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烃〕。比方环己烯与乙酰氯在三氯化铝的作用下生成共轭环己烯基酮,而这个方法已经进展为一种重要的合成共轭不饱和酮的方法〔Nenitzescu 反响〕。
比方在自然产物 kelsoene 的一种合成方法中就利用了分子内非芳香 Friedel–
Crafts 反响:
非芳香族化合物中发生的傅克烷基化反响也很常见。最常见的是分子内发生的傅克烷基化反响〔但往往冠以其他称呼,比方说阳离子成环反响之类,本质上就是傅-克反响的一种变体。〕
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