Friedelcrafts reaction P1

Hóa học Phản ứng Tổng hợp hữu
cơ chương 4
Friedel – Crafts reaction


1) Alkyl hóa benzen
•

•
•
•

Alkyl Halogenua phản ứng với benzene khi có mặt nhơm halogenua sẽ nhận được alkyl benzen

Cacbocation có lẽ là tác nhân electrophin quan trọng nhất có khả năng thế vào vịng thơm
Bản thân alkyl halogenua khơng phải là tác nhân electrophin đủ mạnh để tác dụng với benzene
AlCl3 được dùng như chất xúc tác Lewis để tang tính electrophin của tác nhân alkyl hóa


Alkyl Hal bậc 1
•
•

Với alkyl halogenua bậc một thì cacbocation tự do bậc một rất không bền, nhưng phức của nhóm clorua và alkyl halogenua là tác nhân electrophin thực sự.
Trong phức này liên kết C-Hal bị yếu đi và xuất hiện điện tích dương ở nguyên tử cacbon

Phản ứng của EtCl với
benzene khi có mặt AlCl3


Alkyl hal bậc 2 và 3

•

•

 

Với alkyl halogenua bậc 2 và bậc 3 thì cacbocation
là tiểu phân electrophin tấn cơng vịng thơm

Cation tert-butyl tấn cơng vào vịng benzene để hình
thành phức

•

để cho tert-butylbenzen. Chất xúc tác AlCl3 sẽ được
tái tạo ở giai đoạn hai.


Ngoài alkyl halogenua, hai nguồn tạo cacbocation khác dùng cho phản ứng alkyl hóa là anken được proton hóa bằng HF và xử lí với ancol bằng BF3


Một số hạn chế của Phương Pháp alkyl hóa vùng benzene theo friedelcrafts

•

Hạn chế thứ nhất : Phản ứng chỉ xảy ra với benzene, halogenbenzen,phản ứng không thành công với các nhóm thế phản hoạt hóa mạnh như C6H5NO2, C6H5OSO2H, phenylxeton.

•

Trong phản ứng alkyl hóa theo Friedel-Crafts thường kèm theo sự chuyển vị cacbocation

•

Nhóm alkyl là nhóm hoạt hóa nhân thơm nên sản phẩm alkyl hóa Friedel-Crafts hoạt động hơn bản thân hidrocacbon ban đầu. Chính vì thế có thể sinh ra sản phẩm có nhiều nhóm
alkyl, mặt khác cũng có thể có phản ứng dị hóa để cho hỗn hợp sản phẩm.


2) Acyl hóa benzen
•

•

Nhóm acyl gồm nhóm cacbonyl kết hợp với nhóm alkyl. Tên hệ thống của nhóm acyl xuất phát từ tên ankan them đuôi oyl. Tuy vậy tên lịch sử thường dùng là nhóm fomyl và nhóm
acetyl.

Acyl clorua gồm nhóm acyl liên kết với nguyên tử clo. Acyl clorua được điều chế từ acid cacboxylic tương ứng với nhóm thionyl clorua.


•

Khi có mặt AlCl3, acyl clorua phản ứng với benzene để tạo thành phenol ceton, đó là acyl benzene. Phản ứng này được gọi là phản ứng acyl hóa theo Friedel-Crafts.

•

Mechanic:

•

Acyl halogenua hình thành phức với nhơm clorua, sau đó loại ion

tetracloraualuminat (AlCl4-) để cho ion acyli cổng hưởng bền vững.

•

Ion acyli là tác nhân electrophin mạnh, nó có phản ứng với benzene ở giai đoạn
chậm để hình thành cation xiclo hexadienyl trung gian

•

Vịng thươm sẽ được phục hồi khi tách proton để cho acylbenzen


•

Sản phẩm acyl hóa là ceton. Nhóm cacbonyl của ceton có electron khơng liên kết nên nó sẽ tạo phức với xúc tác là acid Lewis (AlCl3), vì vậy cần lượng AlCl3 nhiều hơn trong q
trình acyl hóa.

•

Sản phẩm ban đầu là phức nhôm clorua của acylbenzen. Sự cộng hợp nước sẽ thuayr phân phức này để cho acylbenzen tự do

•

Tác nhân electrophin trong phản ứng acyl hóa Friedel-Crafts là một phức lớn, cồng kềnh R-C(+)=OAlCl4(-) nên khi acyl hóa alkylbenzen thì nhóm acyl chỉ vào vị trí para. Ví dụ:


•

Điều hấp dẫn nhất của phản ứng acyl hóa Friedel-Crafts là nó dừng ở bước cho sản phẩm thế một lần vì nhóm acyl phản hoạt hóa nhân thơm. Một khi nhóm acyl đã gắn vào nhân
benzen thì nó ngăn cản khơng cho nhóm acyl thứ hai gắn vào cùng một vịng.

•

Vì vậy, nhiều khi ta điều chế ankylbenzen bằng cách acyl hóa rồi khử bằng phản ứng khử Clemmensen (cho tương tác với dung dịch HCl và hỗn hống kẽm ; kẽm được xử lý với
muối thủy ngân).

•

Thí dụ, chúng ta biết trước rằng, khi ankyl hóa Friedel-Crafts khơng thể điều chế được
n-propylbenzen. Benzen phản ứng với n-propyl clorua và Al Cl3, sẽ cho
isopropylbenzen và một ít điisopropylbenzen. Nếu acyl hóa thì benzen phản ứng với propanoyl clorua và AlCl3 sẽ nhận được etyl phenyl xeton (propiophenon), chất này dễ dàng bị
khử đến n-propylbenzen.


Ảnh hưởng của các nhóm thế đến độ hoạt động của nhân thơm và đến vị trí của các nhóm thế vào
sau (tác dụng định hướng)

•

Chúng ta chỉ mới xem benzen là đối tượng để xét phản ứng thế electrophin vào nhân thơm. Để tổng hợp các hợp chất thơm phức tạp hơn chúng ta cần xem xét hiệu ứng của các
nhóm thế khác đã có trong vịng.

•

Thí dụ, toluen (metyl benzen) phản ứng với hồn hợp acid nitric và acid sunfuric cũng giống như benzen nhưng có vài điểm khác biệt rất lí thú :

1.

Trong cùng điều kiện thì toluen phản ứng nhanh hơn benzen 27 lần. Như vậy, toluen hoạt động đối với phản ứng thế electrophin vào nhân thơm và nhóm metyl là nhóm hoạt hóa.

2.

Nitro hóa toluen cho hỗn hợp sản phẩm, đó là do thế vào vị trí ortho và para, nghĩa là nhóm metyl của toluen định hướng ortho và para.

Mechanic?


•

Khi benzene phản ứng với ion nitroni, phức sigma sinh ra có điện tích dương được phân bố trên ngun tử C (II)

•

Trong toluene thế ở ortho và para, điện tích dương được trải rộng trên 2 nguyên tử C(II) và một C(III)


•
•
•

Vì phức của sự tấn cơng ortho và para vào toluen có cấu trúc cộng hưởng với cacbocation bậc ba nên bền hơn phức ơ của sự nitro hóa benzen, cho nên toluen phản ứng nhanh
hơn benzen ở vị trí ortho và para
 
Phức của sự thế meta có điện tích dương phân bố ở ba nguyên tử cacbon bậc hai. Phức trung gian này có năng lượng tương tự với phức trung gian khi thế vào benzen. Vì vậy, sự
thế meta vào toluen không làm tăng tốc độ mạnh như đã thấy ở vị trí ortho và para.


•

Tổng hợp n-propylbenzen nhưng trong thực tế sẽ nhận được isopropylbenzen theo cách sau

•

Từ 1 mol etyl clorua và 1 mol benzene có thể nhận được hỗn hợp gồm một ít (o- và p-) dietylbenzen, một ít trietylbenzen và benzen