Sanoatda har xil turdagi alkilbenzollar va asilbenzollarni olishda Fridel-Krafts reaksiyasi keng tarqaldi. Bu ushbu birikmalarni sintez qilishning ikkita ma'lum usullaridan biri bo'lib, uning parametrlari mahsulotning yuqori hosildorligiga erishish uchun tartibga solinadi.
Arenalkillanish jarayonlari haqida batafsil
Fridel-Krafts reaksiyasining eng mashhur misoli metilxloridning (CH3Cl) benzol (C6) bilan o'zaro ta'siridir. H 6) alyuminiy xlorid (AlCl3) ishtirokida, bu erda chiqishi toluol (C7) H 9). Bu reaktsiya 1877 yilda ikki olim - Charlz Fridel va Jeyms Krafts tomonidan olingan. Keyinchalik u alkilarenlarni sanoat ishlab chiqarishining muhim tarkibiy qismlaridan biriga aylandi.
Asosiy sintez benzol va uning gomologlarining Lyuis kislotalari deb ataladigan har qanday alkilgalogenidlar bilan oʻzaro taʼsiridan iborat. Reagentlarning o'zgarishining mohiyati o'zgarmaydi: reaktsiya har doim bir xil printsip bo'yicha davom etadi. Buning hosilalariBu usul organik kimyoda spirt va noorganik kislota, karboniy ioni va aromatik halqaning oʻzaro taʼsirida alkilbenzollarni olish edi.
Ikkinchi usul - sink amalgam (ZnHg) ishtirokida turli aromatik ketonlarning yon zanjirini xlorid kislota (HCl) yoki gidrazin (N2H) bilan konvertatsiya qilishdir. 2) kuchli asosga ega. Ikkala reaksiya ham qaytaruvchi xarakterga ega: birinchisi Klemmens reaksiyasi, ikkinchisi Kijner-Volf reaksiyasi deb ataladi.
Shuningdek, agar yon zanjirda toʻyinmagan bogʻlanishlar mavjud boʻlsa, ularni nikel katalizatorida (Ni) vodorod gazi ishtirokidagi reaksiya orqali kamaytirish mumkin (H2).
Reaktsiya mexanizmlari
Adabiyotda reaktsiyaning ikkita mumkin bo'lgan usuli tasvirlangan va ularning ikkalasi ham elektrofil almashtirish printsipiga amal qiladi. Farqi faqat elektrofilning tabiatidadir: birinchi holda, bu donorga ko'ra Lyuis kislotasiga halogen ionining qo'shilishi natijasida hosil bo'lgan alkil karboniy ioni (boshqa nomi karbokation). -akseptor printsipi, ikkinchi holatda esa xuddi shu tarzda barcha ishtirok etuvchi reagentlar o'rtasida ichki kompleksning bir bosqichli yaratilishi. Har bir variant quyida batafsil tavsiflangan.
Karboniy ionini hosil qilish reaksiyasi
Bu mexanizm sintezning 3 bosqichda oʻtishini oʻz ichiga oladi, bunda Lyuis kislotalari, masalan, AlCl3, TiCl4, SnCl 4, FeCl3, BF3, HF jarayon katalizatori sifatida ishlaydi.
uchunOdatda Friedel-Crafts reaktsiyasini hisobga olsak, benzol va 1-ftorpropan (C3H6F) oʻrtasidagi bor triflorid BF ishtirokidagi oʻzaro taʼsir katalizator sifatida 3 tanlandi.
Jarayonning birinchi bosqichida C3H6‒F BF3 bilan reaksiyaga kirishadi, donor-akseptor printsipiga muvofiq halogen ionini qo'shish. Tashqi energiya darajasida bor bo'sh hujayraga (akseptorga) ega bo'lib, uni taqsimlanmagan juft elektron (donor) bilan ftor egallaydi. Ushbu qo'shilish tufayli 1-ftorpropandagi halogen F bilan birga turgan uglerod atomi C musbat zaryad oladi va juda reaktiv propil karboniy ioniga aylanadi. Ushbu ionlarning bu xossasi birlamchi → ikkilamchi → uchinchi darajali ketma-ketlikda kuchayadi, shuning uchun alkillanish reaktsiyasi mahsulotlaridagi sharoitga qarab, yon zanjir qulayroq holatga qayta joylashishi mumkin.
Bundan tashqari, hosil boʻlgan karbokatyon benzol bilan reaksiyaga kirishadi va uglerod va vodorod atomlarining bogʻlanish joyiga qoʻshilib, elektron zichligini aromatik halqaning C ga oʻtkazadi.
Uchinchi bosqichda hosil boʻlgan zarracha ionlangan Lyuis kislotasi bilan reaksiyaga kirishadi, bunda H atomi arendan ajralib chiqadi va ajralgan F ga qoʻshilib, vodorod ftorid HF hosil boʻladi va reaksiya mahsulotlari n- ga aylanadi. propilbenzol, izopropilbenzol va qaytarilgan BF3.
Ichki kompleks hosil qilish uchun sintez
Reaktsiya mexanizmi oraliq umumiy kompleks hosil bo'lishini o'z ichiga oladi, bu erda bir bosqichda alkil guruhigalogendan aromatik halqaga, galogen esa Lyuis kislotasiga o‘tib, alkilbenzol, mineral birikma va qaytarilgan katalizatorga ajraladigan ion juftini hosil qiladi.
Hosil reaksiyalar turlari
Benzol va uning gomologlari uchun mineral kislotalar ishtirokida spirtlar bilan Friedel-Crafts reaksiyasi bir xil mexanizmlarga amal qiladi. Bunda vodorod atomi gidroksid ioniga birikadi va parchalanib, suv molekulasini hosil qiladi. Hosil boʻlgan karboniy ioni aromatik halqadagi uglerodga H bilan bogʻlanish joyida birikadi. Bu atom parchalanib, kislota qoldigʻiga qoʻshiladi va natijada alkilbenzol sintezlanadi.
Toʻyinmagan uglevodorodlarda ajralgan vodorod qoʻsh bogʻlanish oʻrnida koʻtarilib, kislota qoldigʻi bilan bogʻliq boʻlgan bir xil karbokatatsiya hosil qiladi. Alkenning gidrogenlanishi eng qulay tuzilmani tashkil etuvchi uglerod atomi yonida sodir bo'ladi. Keyin reaksiya avvalgi holatda bo'lgani kabi davom etadi.
Sintezlarning hosilalaridan biri ham Fridel-Krafts atsillanish reaksiyasidir, bunda aromatik ketonlar hosil qilish uchun alkilgalogenidlar oʻrniga kislota xloridlari (RCOCl) ishlatiladi.
Ikki yoki undan ortiq alkil qoldiqlarining qoʻshilishi
Friedel-Crafts reaktsiyasidagi benzol 2 dan 6 gacha o'rinbosar qo'shishi mumkin. Shuni ta'kidlash kerakki, har safar o'zaro ta'sir tezroq bo'ladi, chunki aromatik halqadagi aloqa birinchi marta zaiflashadi.sintez. Polialkilbenzollarning hosil bo'lish jarayoni bir reaktsiya jarayonida amalga oshirilishi mumkin, shuning uchun kerakli mahsulotni ishlab chiqarishni nazorat qilish uchun aromatik birikmaning ortiqcha miqdori ishlatiladi. Ushbu usuldan foydalanib, siz bir vaqtning o'zida bir guruhni benzol va uning gomologlari tuzilishiga bosqichma-bosqich kiritishingiz mumkin.
Friedel-Crafts reaktsiyasida toluol keyingi alkil guruhini osonlik bilan qo'shadi, chunki aren allaqachon elektrofil o'rnini bosishga nisbatan faollashtirilgan. 0 ° C da reaksiya mahsulotlarida orto- va para-ksilenning muvozanat aralashmasi bo'ladi va harorat 80 ° C ga ko'tarilganda, asosan faqat meta-birikma sintezlanadi. Bu, quyida aytib o'tilganidek, aralashmaning isishiga bog'liq holda ma'lum pozitsiyalarni shakllantirishning energiya foydasi bilan izohlanadi.
Ushbu sintezning kengayishi poligaloalkanlarning asosiy mexanizm orqali bir nechta aromatik halqalarni biriktirish qobiliyatidir.
Sintez funksiyalari
Organik kimyoda alkilbenzol izomerlari aralashmasining hosil boʻlishi ikki sabab bilan izohlanadi. Birinchidan, yuqorida aytib o'tilganidek, karbokatning shakllanishi ba'zan yanada qulayroq qayta tartibga solishni o'z ichiga oladi, buning natijasida turli xil mahsulot tuzilmalari shakllanadi. Ikkinchidan, ularning miqdoriy tarkibi harorat rejimi (0 ° C dan 80 ° C gacha) bilan tartibga solinadi, ya'ni ma'lum bir strukturaning shakllanishi uchun energiya sarfini qoplash uchun haroratning oshishi bilan erishish mumkin.izomerlardan birining yuqori rentabelligi. Xuddi shu printsip dialkilbenzollarning hosil bo'lishiga ham taalluqlidir, bu erda orto- va para-pozitsiyalar harorat ortishi bilan meta-orientatsiyaga o'tadi.
Sintezni qoʻllashda cheklovlar
Friedel‒Crafts reaktsiyasi nojo'ya ta'sirlar bilan kechishi yoki umuman ketmasligi mumkin bo'lgan 3 ta nuans mavjud.
Aromatik halqaga elektrodefisit o'rinbosarlarning kiritilishi keyingi almashtirish reaktsiyalariga nisbatan arenning deaktivatsiyasi bilan birga keladi. Shunday qilib, masalan, alkilbenzollarga nitron ioni qo'shilsa, sintez qiyinroq kechadi, chunki u azotning tashqi energiya darajasida bo'sh hujayrani to'ldirishga moyilligi tufayli elektron zichligini o'ziga tortadi. Xuddi shu sabablarga ko'ra, polinitratsiya yoki, masalan, polisulfonatsiya juda og'ir sharoitlarda sodir bo'ladi, chunki har bir keyingi sintezda aromatik halqa o'zining reaktivligini yo'qotadi.
Shuning uchun, aromatik halqada elektrodefisit oʻrnini bosuvchi moddalar boʻlsa, ayniqsa Lyuis kislotalarini bogʻlaydigan kuchli asosli xususiyatlarga ega boʻlsa, Friedel-Crafts sintezi davom etmaydi (masalan, -NH2, –NHR, -NR2). Ammo, masalan, galobenzollar yoki aromatik karboksilik kislotalar bilan reaktsiyalar, garchi ular kamroq reaktiv bo'lsa ham, odatiy mexanizmga amal qiladi.
Muhim nuqta, shuningdek, jarayon yoki mahsulot oxirida karboniy ionini qayta tashkil etishdir, chunki unga sintez sharoitlari, xususan, harorat va alkillangan moddaning ortiqcha miqdori katta ta'sir ko'rsatadi.
Oʻrnigaalkilgalogenidlar R‒X (R=alkil guruhi, X=halogen) Ar‒X galogenidlari (Ar=aromatik birikma) ishlatilmaydi, chunki ular Lyuis kislotalari ta'sirida ham o'rnini bosuvchini olib tashlash juda qiyin.
