Лекция 16. Реакция электрофильного замещения. С

Лекция 16
Реакция электрофильного замещения.
Š Docendo discimus
Š Обучая других, мы учимся сами
Š Галогенирование.
Галогенирующие
агенты.
Механизм
реакции
галогенирования аренов и их производных. Хлорирование, бромирование
и иодирование аренов, содержащих донорные (фенолы и анилины) и
акцепторные заместители.
Š Сульфирование.
Сульфирующие
агенты.
Механизм
реакции.
Кинетический и термодинамический контроль в реакции сульфирования
на примере фенола и нафталина. Обратимость реакции сульфирования и
использование в качестве защитной группы. Превращения сульфогруппы.
Другие S–электрофилы, синтез дибензотиофена и аминобензотиазолов
(роданирование). Электрофильное гидроксилирование пероксидом
водорода.
Š Алкилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Алкилирующие агенты.
Механизм реакции. Побочные процессы - изомеризация алкилирующего
агента и конечных продуктов. Синтез диарил- и триарилметанов.
Гидроксиалкилирование, синтез бакелита и каликсаренов, реакция
хлорметилирования.
Š Ацилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Ацилирующие агенты.
Механизм
реакции.
Региоселективность
ацилирования.
Синтез
нафталинов, антраценов и фенантренов. Перегруппировк Фриса.
Š Формилирование по Гаттерману-Коху (использование окиси углерода),
формилирование по Гаттерману (синильная кислота, цианиды) и другие
родственные
реакции.
Формилирование
по
ВильсмейеруХааку.Карбоксилирование фенолов. Реакция Кольбе, региохимия.
Галогенирование аренов
H
Cl
Cl
B:
медленно
Z
+
Clδ+-Cl-FeCl3δ-
+ HCl + FeCl3
быстро
Z
σ-комплекс
Z
B: = Cl- из FeCl4-
+ Cl2
Cl
FeCl3
+
Cl
(45 %)
+ Br2
(55 %)
Br
FeBr3
+
25 °C
Br
(65 %)
(35 %)
Cl
Cl
Cl
+ Cl2
Cl
FeCl3
+
25 ° C
Cl
(70 %)
+ Br2
FeBr3
Br
+
+
25 °C
Br
Br
Br
Br
(30 %)
Br
Br
(86 %)
(13 %)
(1 %)
+ Br2
Br
FeBr3
+ HBr
25 - 30 ° C
NO2 (90 %)
NO2
Br
O
+ Br2
O
AlBr3
+ HBr
25 - 30 ° C
(75 %)
NO2
NO2
+ Cl2
FeCl3
40 - 50 °C
+ HCl
Cl
Анилины необходимо защищать
O
NH2
NH2
Br
Br
O
Br2
O
HN
HN
Br2
O
AcOH, 0 °C
AcOH
комнатная
температура
Br
O
O
HN
HN
O
Br
O
NH2
HN
реакция
HCl
EtOH, H2O
Br
Br
H
Br
кипячение
Br
Br
Иодирование аренов
I2
H2N
I
HOOC
HOOC
ICl
H2N
H2N
H2N
I2 + HgO
I2 +Hg(OAc)2
I2 + AgOAc
I2 + Ag2SO4
I
I
O2N
I2 + AgOTf
O2N
I2 / HNO3
I
100 °C
(60 %)
H3CO
+ CF3COOAg + I2
H3CO
CHCl3
20 °C
H3CO
H3CO
85 - 90 %
I
I
O
O
I2 + SO3
O
I
O
I
O
O
I
I
I2 + HNO3 + H2SO4
I
I
OMe
OMe
I2 + HNO3
I
Фторирование F2 нельзя!
Необходимо использовать другие методы!
Ацилирование по Фриделю-Крафтсу пара-селективно
O
Ac2O / AlCl3
(85 %)
PhCH3
O
AcCl / AlCl3
PhH
O
(88 %)
O
O
AcCl / AlCl3
CS2
AcCl / AlCl3
CH2Cl2
(92 %)
O
(90 %)
COCH3
+ CH3COCl
AlCl3
(70 %)
CH2Cl2
O
+ PhCOCl + CF3SO3H
60 °C
(90
%)
O
O
+ O2N
COCl + CF3SO3H
O
AlCl3
Cl
O
CH2Cl2
1-инданон O
(84 %)
NO2
Ацилирование фенолов
OCOCH3
OH
CO2H
R
AlCl3
Ac2O / H2SO4
Перегруппировка Фриса
O
OCOR
CO2H
O
AlCl2
OAlCl2
+ RCO+
OH
COR
o- и п-изомеры
Синтез замещенных нафталинов
O
O
+
O
NH2NH2 / KOH
AlCl3
этиленгликоль
CO2H
O
HO2C
восстановление по Кижнеру-Вольфу
O
полифосфорная
кислота
NH2NH2 / KOH
этиленгликоль
Pd / C ∆
(R = H)
RMgBr
(R = алкил или арил)
HO
R
R
R
H+
- H2O
S
∆
Синтез антраценов
O
O
AlCl3
O +
O
O
HO
O
H2SO4
Zn
∆
O
O
9,10-Антрахинон
O
+
O
O
O
Синтез фенантренов
O
O
OH
O
O
AlCl3
Zn / Hg / HCl
OH
O
восстановление
по Клемменсену
H2SO4
O NaBH4
OH H2SO4
[O]
RMgBr
OH
R
H
hν
H
Транс-стильбен
H2SO4
[O]
[O]
R
Образование аддуктов присоединения для антрацена и фенантрена
H
Y
Y
Y+
B
- HB+
XH
Y
X
H
-HX
- H+
-HX
Y+
Y
XX
Y
Y
Br
H
Br
- HBr
9-Бромантрацен
Br2
Br
Br
H
- H2
9,10-Дибром-9,10-дигидроантрацен
Br
9,10-Дибромантрацен
O2N
NO2
H
HNO3
- ROH
ROH
H
OR
9-Нитроантрацен
Алкилирование по Фриделю-Крафтсу
ArH + RX
AlCl3 (безв.)
ArR + HX
Cl
Br
RBr + MCl3
R
RCl AlCl3
молекулярный
комплекс
δ+
RCl
M
Cl
Cl
δ−
AlCl3
координационный
аддукт
R AlCl4
R + AlCl4
ионная
пара
свободные
ионы
Алкилирование алкилгалогенидами
+ FCH2CH2Br
BF3
+
20 °C, 4 ч.
(94 %)
+
Cl
AlCl3 / C6H6
(35 %)
Cl
AlCl3
Br
+ HCl
+
50 °C
(65 %)
Cl
HF
Cl3Al
Cl
Cl
AlCl3
бензол
(50%)
+ 2 Cl
AlCl3
- 30 °C
(80 %)
Алкилирование спиртами
+
BF3
+
60 °C
OH
(27 %)
(56 %)
OH
OH
H
+ H OSO3H
Me
HSO4
OH
OH
Me
Me
Me
Внутримолекулярное алкилирование
H3PO4*P2O5
S, t °C
- H2S
OH
катионит КУ 2
гептан
HO
флуорен
Алкилирование алкенами
+
+
H3PO4
250 °C; 25 атм
AlCl3; HCl
80 - 120 °C; 10 атм
Синтез бакелита (фенолформальдегидная смола)
OH
OH
OH
HCHO
NaOH
OH
x
CH2OH
H
OH
+
о- и п-изомеры
OH
x
Бакелит
x
Синтез каликсаренов
OH
OH
OH
OH
HCHO
NaOH
OH
каликс-4-арен
4
OH
Хлорметилирование
H
O
H
HCl
H
HO
HCl
H
Cl
HO
HO
H
MeO
MeO
Cl
Cl
Cl
Cl
Получение триарилметанов
Cl
CCl4
AlCl3
CHCl3
AlCl3
Ph
H
Ph
Ph
Формилирование по Гаттерману-Коху
ArH + CO + HCl
AlCl3
Cu2Cl2
ClSO3H + HCOOH
HCl +
C O
+ AlCl3
ArCHO + HCl
(70 - 90 %)
HCl
CuCl
+ CO
+ H2SO4
H C O + AlCl4
+ CO + HCl
AlCl3
CHO
Cu2Cl2
40 °C
(80 %)
Cl
+ CO + HCl
AlCl3
Cu2Cl2
Cl
CHO
50 °C
(70 %)
+ CO + HCl
AlCl3
30 °C
50 атм.
CHO
(60 %)
Формилирование по Гаттерману-Адамсу
OR
OR
OR
CH NH
Cl
Zn(CN)2
Реакция Гаттермана
HCl
R'CN
HCl / ZnCl2
(R = алкил)
H2O
CH O
o- и п-изомеры
OR
OR
NH2 Cl
H2 O
R'
Реакция Геша
O
R'
o- и п-изомеры
Zn(CN)2 + HCl
HO
C6H6
HO
CHO
(99 %)
тимол
O
HO
OH
+ Me
OH
HO
C N
OH
1) HCl / Zn (CN)2
2) H2O
OH
(60 %)
Реакция Вильсмеера-Хаака
O
O
+
H
N(CH3)2
Cl
P
Cl
H
Cl
O POCl2
ClN
Cl
(H3C)2N
O
(CH3)2N
O P Cl
Cl
(H3C)2N
+ ClCH=N(CH3)2
Cl-
H
C PO2Cl2
Cl
(иминиевая соль)
H
(H3C)2N
N(CH3)2
Cl
AcONa
H2O
H
(H3C)2N
H2O
H
(H3C)2N
O
N(CH3)2
(99 %)
Другие методы формилирования
O
H
O
O
O
+ HF
CH3
O
ArH + H
0 °C
BF3
+ CH3COOH
H
F
ArCHO + HF
F
TiCl4 / CH2Cl2
ArH + Cl2CHOR
20 °C; 15 мин
OR
ArCH
Cl
H2O
ArCHO
(70 - 90 %)
Реакция Кольбе
OH
ONa
CO2Na
CO2
NaOH
фенол pKa 10
OH
фенолят натрия
салицилат натрия
O
O
OH
H3O+
CO2H
салициловая кислота
CO2H
Ac2O
аспирин
Региохимия реакции Кольбе
OH
ONa
CO2Na
CO2
5 атм, 180 0C
OK
OH
CO2
0
5 атм, 220 C
KO2C