Reação de Friedel – Crafts - Friedel–Crafts reaction

Reação de Friedel-Crafts
Nomeado após Artesanato Charles Friedel
James
Tipo de reação Reação de acoplamento
Identificadores
ID de ontologia RSC RXNO: 0000369

As reações de Friedel-Crafts são um conjunto de reações desenvolvidas por Charles Friedel e James Crafts em 1877 para anexar substituintes a um anel aromático . As reações de Friedel-Crafts são de dois tipos principais: reações de alquilação e reações de acilação . Ambos procedem por substituição aromática eletrofílica .

Alquilação Friedel-Crafts

Alquilação de Friedel-Crafts
Nomeado após Artesanato Charles Friedel
James
Tipo de reação Reação de acoplamento
Identificadores
Portal de Química Orgânica fredel-artesanato-alquilação
ID de ontologia RSC RXNO: 0000046

A alquilação de Friedel-Crafts envolve a alquilação de um anel aromático com um haleto de alquila usando um ácido de Lewis forte , como cloreto de alumínio , cloreto férrico ou outro reagente MX n , como catalisador . O mecanismo geral para halogenetos de alquil terciários é mostrado abaixo.

Mecanismo para a alquilação de Friedel Crafts

Para halogenetos de alquil primários (e possivelmente secundários), um complexo semelhante a carbocátions com o ácido de Lewis, [R (+) --- (X --- MX n ) (-) ] é mais provável de estar envolvido, em vez de um carbocátion livre.

Essa reação tem a desvantagem de que o produto é mais nucleofílico do que o reagente, pois os grupos alquil são ativadores da reação de Friedel-Crafts . Consequentemente, pode ocorrer superalquilação. O impedimento estérico pode ser explorado para limitar o número de alquilações, como na t- butilação de 1,4-dimetoxibenzeno.

t-butilação de 1,4-dimetoxibenzeno

Além disso, a reação é apenas útil para halogenetos de alquil primários em um sentido intramolecular quando um anel de 5 ou 6 membros é formado. Para o caso intermolecular, a reação é limitada a agentes alquilantes terciários , alguns agentes alquilantes secundários (aqueles para os quais o rearranjo de carbocátions é degenerado) ou agentes alquilantes que produzem carbocations estabilizados (por exemplo, benzílicos ou alílicos). No caso de halogenetos de alquil primários, o complexo semelhante a carbocátions (R (+) --- X --- Al (-) Cl 3 ) sofrerá uma reação de rearranjo de carbocátions para dar quase exclusivamente o produto rearranjado derivado de um secundário ou carbocátion terciário.

As alquilações não estão limitadas a haletos de alquila: as reações de Friedel-Crafts são possíveis com qualquer intermediário carbocátio , como aqueles derivados de alquenos e um ácido prótico , ácido de Lewis , enonas e epóxidos . Um exemplo é a síntese de cloreto de neofila a partir de benzeno e cloreto de metalila :

H 2 C = C (CH 3 ) CH 2 Cl + C 6 H 6 → C 6 H 5 C (CH 3 ) 2 CH 2 Cl

Em um estudo, o eletrófilo é um íon bromônio derivado de um alceno e NBS :

Alquilação de Friedel-Crafts por um alceno

Nesta reação, acredita-se que o triflato de samário (III) ativa o doador de halogênio NBS na formação de íons halônio.

Friedel-Crafts desalquilação

A alquilação de Friedel-Crafts foi considerada reversível . Em uma reação retro-Friedel-Crafts ou desalquilação de Friedel-Crafts , os grupos alquil são removidos na presença de prótons ou outro ácido de Lewis .

Por exemplo, em uma adição múltipla de brometo de etila ao benzeno , a substituição orto e para é esperada após a primeira etapa de monossubstituição porque um grupo alquil é um grupo de ativação . No entanto, o produto da reação real é 1,3,5-trietilbenzeno com todos os grupos alquil como um substituinte meta . O controle da reação termodinâmica garante que a substituição meta termodinamicamente favorecida com impedimento estérico minimizado prevalece sobre a substituição orto e para menos favorável por equilíbrio químico . O produto final da reação é, portanto, o resultado de uma série de alquilações e desalquilações.

síntese de 2,4,6-trietilbenzeno

Acilação de Friedel-Crafts

Acilação de Friedel-Crafts
Nomeado após Artesanato Charles Friedel
James
Tipo de reação Reação de acoplamento
Identificadores
Portal de Química Orgânica fredel-artesanato-acilação
ID de ontologia RSC RXNO: 0000045

A acilação de Friedel-Crafts envolve a acilação de anéis aromáticos. Os agentes de acilação típicos são cloretos de acila . Os catalisadores de ácido de Lewis típicos são ácidos e tricloreto de alumínio. No entanto, como o produto cetona forma um complexo bastante estável com ácidos de Lewis, como AlCl 3 , uma quantidade estequiométrica ou mais do "catalisador" geralmente deve ser empregada, ao contrário do caso da alquilação de Friedel-Crafts, em que o catalisador está constantemente regenerado. A acilação de Friedel-Crafts também é possível com anidridos de ácido . As condições de reação são semelhantes à alquilação de Friedel-Crafts. Esta reação tem várias vantagens sobre a reação de alquilação. Devido ao efeito de retirada de elétrons do grupo carbonila , o produto cetona é sempre menos reativo do que a molécula original, portanto, múltiplas acilações não ocorrem. Além disso, não há rearranjos de carbocátions , pois o íon acílio é estabilizado por uma estrutura de ressonância na qual a carga positiva está no oxigênio.

Visão geral da acilação de Friedel-Crafts

A viabilidade da acilação de Friedel-Crafts depende da estabilidade do reagente cloreto de acila. O cloreto de formila, por exemplo, é muito instável para ser isolado. Assim, a síntese de benzaldeído pela via de Friedel-Crafts requer que o cloreto de formila seja sintetizado in situ . Isso é realizado pela reação Gattermann-Koch , realizada pelo tratamento do benzeno com monóxido de carbono e cloreto de hidrogênio sob alta pressão, catalisada por uma mistura de cloreto de alumínio e cloreto cuproso .

Mecanismo de reação

A reação prossegue através da geração de um centro de acílio. A reação é completada pela desprotonação do íon arênio pelo AlCl 4 - , regenerando o catalisador AlCl 3 . No entanto, em contraste com a reação de alquilação verdadeiramente catalítica, a cetona formada é uma base de Lewis moderada, que forma um complexo com o forte tricloreto de alumínio de ácido de Lewis. A formação deste complexo é tipicamente irreversível em condições de reação. Assim, uma quantidade estequiométrica de AlCl 3 é necessária. O complexo é destruído após processamento aquoso para dar a cetona desejada. Por exemplo, a síntese clássica de chamadas desoxibenzoína para 1,1 equivalentes de AlCl 3 em relação ao reagente de limitação, cloreto de fenilacetilo. Em certos casos, geralmente quando o anel de benzeno é ativado, a acilação de Friedel-Crafts também pode ser realizada com quantidades catalíticas de um ácido de Lewis mais suave (por exemplo, sais de Zn (II)) ou um catalisador de ácido de Brønsted usando o anidrido ou mesmo o ácido carboxílico como o agente de acilação.

Mecanismo de acilação FC.png

Se desejado, a cetona resultante pode ser subsequentemente reduzida ao substituinte alcano correspondente por redução de Wolff-Kishner ou redução de Clemmensen . O resultado líquido é o mesmo que a alquilação de Friedel-Crafts, exceto que o rearranjo não é possível.

Hidroxialquilação de Friedel-Crafts

Os arenos reagem com certos aldeídos e cetonas para formar os produtos hidroxialquilados, por exemplo, na reação do derivado mesitil de glioxal com benzeno:

Hidroxialquilação de Friedel-Crafts

Como de costume, o grupo aldeído é mais eletrófilo reativo do que a fenona .

Escopo e variações

Esta reação está relacionada a várias reações nomeadas clássicas:

Bogert-Cook Synthesis.png

  • A síntese de cetonas de Darzens-Nenitzescu (1910, 1936) envolve a acilação de ciclohexeno com cloreto de acetila em metilciclohexenilcetona.
  • Na acilação redutiva de Nenitzescu (1936), um hidrocarboneto saturado é adicionado tornando-o uma acilação redutiva em metilciclohexilcetona
  • A reação de Nencki (1881) é a acetilação do anel de fenóis com ácidos na presença de cloreto de zinco.
  • Em uma variação da química verde, o cloreto de alumínio é substituído por grafite em uma alquilação de p- xileno com 2-bromobutano . Esta variação não funcionará com haletos primários dos quais menos envolvimento de carbocátions é inferido.

Tinturas

As reações de Friedel-Crafts têm sido usadas na síntese de vários corantes triarilmetano e xanteno . Exemplos são a síntese de timolftaleína (um indicador de pH) a partir de dois equivalentes de timol e anidrido ftálico :

Síntese de timolftaleína

Uma reação de anidrido ftálico com resorcinol na presença de cloreto de zinco dá o fluoróforo fluoresceína . Substituir o resorcinol por N, N-dietilaminofenol nesta reação dá a rodamina B :

Síntese de rodamina B

Reações de Haworth

A reação de Haworth é um método clássico para a síntese de 1-tetralona . Nesta reação, o benzeno é reagido com anidrido succínico , o produto intermediário é reduzido e uma segunda acilação de FC ocorre com adição de ácido.

Reação de Haworth

Em uma reação relacionada, o fenantreno é sintetizado a partir do naftaleno e do anidrido succínico em uma série de etapas que começam com a acilação do FC.

Síntese de fenantreno de Haworth

Teste de Friedel-Crafts para hidrocarbonetos aromáticos

A reação do clorofórmio com compostos aromáticos usando um catalisador de cloreto de alumínio dá triarilmetanos, que são frequentemente coloridos, como é o caso dos corantes de triarilmetano. Este é um teste de bancada para compostos aromáticos.

Veja também

Referências

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Reações de Friedel-Crafts publicadas na Organic Syntheses