傅克反应资料讲解
傅克反应机理
傅克反应机理
傅克反应(Fukui Reaction) des RCies 是有名的有机化学家傅克(Kenzo Fukui)
在1950年发现的一种反应,是取代性反应的一种重要方式。
傅克反应是指将经过缩合反应由杂环结构形成的交叉饱和芳香化合物中的一个取代基
原子(电子密集基)通过反应物的绝对选择性攻击而被新的取代基(电子稀疏基)替换的
反应过程。反应的机理是共价键的断裂,其中的绝对选择性攻击原子被新的取代基所替换,这是交叉饱和芳香化合物的取代反应的一种新机理。
根据傅克反应机理,当经过缩合反应形成的杂环结构中有一个电子密集基,而另一个
取代基是电子稀疏基,当实验室环境中添加一种电子稀疏基时,因为这种电子稀疏基的泛
电子集合体比电子密集基的泛电子集合体更优先,它会使程序中的电子密集基受到攻击,
发生电子密集基和电子稀疏基之间的亲电取代反应,从而达到取代的目的。
傅克反应的特征有:
1、反应机理是断裂共价键,使电子密集基被电子稀疏基替换。
2、在此反应中,环境中的反应物是电子稀疏基,结构中电子密集基所在的位置易受
到攻击,进而发生取代反应。
3、反应温度较低,反应进行快。
4、有时可以将结构中的电子密集基和电子稀疏基同时取代,进而实现化改造和分子
合成反应。
5、在反应过程中,当改性有机物的配位基变化时,反应的路线也可能有所不同。
傅克反应的发现和实践为一些新的化学反应开发和应用提供了新思路,为合成新的有
机化合物、多组分化合物的研究和发展提供基础。它对有机化学的研究和发展产生了深远
的影响。
傅克酰基化反应基理
傅克酰基化反应基理
Friedel-Crafts酰基化反应,简称傅-克酰基化反应,是一种傅-克反应。在质子酸或路易斯酸(如三氯化铝)催化下,芳香性化合物与酰卤或酸酐发生的亲电子取代反应,为一改良的亲电子取代反应。傅-克酰基化反应的出现,主要是为了合成的用途,因为烷基在进行取代反应形成碳阳离子容易进行重排,但是酰化反应中形成的酰阳离子(acylium ion)并不会发生重排现象,因为酰阳离子有个很重要的共振结构,而酰阳离子就会借着共振来稳定,才不会形成碳阳离子重排,因此傅-克酰化反应有个很重要的用途就是避免碳阳离子发生重排,再经由Clemmensen还原反应或Wolff-Kishner还原反应,消除酰基上的氧得到烷基,此过程也称傅-克烷基化反应。
傅克反应
定位原则
烷基亲电试剂பைடு நூலகம்攻芳环时,遵从苯环上的取代基定位效应。 op定 位 基 m定 位 基
—NH2,—NHR,—NR2,—OH > —NHOCH3,—0R > —C6H5,—R >H 强烈活化 > —F,—Cl,—Br,—I > 弱钝化 中等活化 弱活化
—NO2,—NR3+,—CN,—COOH,—COOR,—COR,—SO3H,—CF3 强钝化
Crafts,1839---1917, 克拉夫茨 (James Mason Crafts,1839--1917, 美国化学 家 ) 克拉夫茨 1839 年生于美国波斯顿,在技术学校毕业获得学 士学位后,再攻读机械学一年, 1859 年攻读矿物学, 1860 年在本生指导下学习化学。 1861 年在巴黎武慈指导 下学习化学。 1865 年返回美国,次年任 Cornell 大学化 学教授会领导人。四年后,担任麻省理工学院普通化学领导 人。 1874--1891 年在巴黎大学与傅瑞德尔合作,发现了傅 - 克反应。此外,他在计温技术方面也作过贡献。 1891 年 回到麻省理工学院任教后,担任该校校长职务。
Clemmensen还原反应 还原反应 醛、酮的羰基用锌-汞齐及盐酸水溶液还原成亚甲 基。该方法个多用于酮,特别是芳酮的还原。 Wolff-Kischner-黄鸣龙还原反应 黄鸣龙还原反应 醛、酮经腙在碱作用下被还原为烷烃。
傅克反应的机理
傅克反应的机理
1.定义
在无水三氯化铝等路易斯酸存在下,芳烃与卤烷作用,在芳环上发生亲电取代反应,其氢原子被烷基取代,生成烷基芳烃的反应,称为傅列德尔一克拉夫茨烷基化反应(Friedel-Crafts alkylation);芳烃与酰卤或酸酐作用,芳环上的氢原子被酰基取代,生成芳酮的反应,称为傅列德尔~克拉夫茨酰基化反应(Friedel-Crafts acylation)。傅列德尔克拉夫茨反应,是烷基化与酰基化反应,统称傅列德尔克拉夫茨反应简称傅克反应。
2.机理
在烷基化反应中,反应并不停止在一烷基化阶段,由于生成的烷基苯比苯易于烷基化,还可以生成多烷基取代的芳烃。以苯的乙基化为例,除乙苯外,还生成二乙苯和三乙苯等。如果加入过量的苯,则可以提高乙苯的产率,抑制多乙苯的生成,这是因为傅列德尔-克拉夫茨烷基化反应是可逆反应。这里,如果单纯地按照苯环定位规律的话,二乙苯主要应是对位和邻位的二乙苯异构体,三乙苯主要是1,2,4-三乙苯。事实上二乙苯主要是间位异构体,三乙苯主要是1,3,5-三乙苯。其原因还是在于傅列德尔一克拉夫茨烷基化反应是可逆的,反应是热力学控制的,而间位异构体是热力学上最稳定的。
在酰基化反应中,反应可以停止在一酰基化阶段。例如,苯和乙酐反应,可得较纯的苯乙酮。在酰基化反应中,酰基化试剂和产物芳酮中都含有羰基,能与催化剂配合,形成稳定的配合物,因此需要催化剂的量至少比酰基化试剂的量多才行。有的副产物还需要消耗催化剂,进行制备反应时必须考虑催化剂的合理用量。此外,这类催化剂极易吸水、水解或形成配合物而
发生傅克反应的条件
发生傅克反应的条件
傅克反应是指在气相中,分子间发生交换反应的化学反应。下面我们来详细了解一下发生傅克反应的条件。
1.温度
傅克反应的温度通常比较高,一般在300-500℃之间。这是因为在高温下,分子的热运动比较剧烈,分子之间的碰撞概率增加,反应速率也会增加。
2.压力
傅克反应的压力通常比较低,一般在几百帕到几千帕之间。这是因为在低压下,分子的自由程比较长,分子之间的碰撞概率也会增加,反应速率也会增加。
3.反应物的浓度
傅克反应的反应物浓度越高,反应速率也会越快。这是因为在高浓度下,分子之间的碰撞概率更高,反应速率也会更快。
4.反应物的种类
傅克反应通常发生在同种分子之间,或者是同种分子中不同原子之间的交换反应。这是因为在同种分子之间,分子之间的相互作用力比较强,反应速率也会更快。
5.反应物的性质
傅克反应通常发生在分子中具有较高极性的原子之间,如氢、氧、氮等。这是因为这些原子之间的相互作用力比较强,反应速率也会更快。
6.催化剂
催化剂可以加速傅克反应的速率,促进反应的进行。常用的催化剂有金属催化剂和非金属催化剂等。
发生傅克反应的条件有很多,其中温度、压力、反应物浓度、反应物种类、反应物性质和催化剂等因素都会对反应速率产生影响。只有在适当的条件下,傅克反应才能够顺利进行。
傅克反应资料讲解
傅克反应
傅-克反应
傅里德-克拉夫茨反应,简称傅-克反应,是一类芳香族亲电取代反应,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)共同发现。该反应主要分为两类:烷基化反应和酰基化反应。
傅-克反应:(1)傅-克烷基化反应;(2)傅-克酰基化反应
傅-克烷基化反应
傅-克烷基化反应在强路易斯酸的催化下使用卤代烃对一个芳环进行烷基化。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,最后产生烷基芳香族化合物和氯化氢。总反应式如下:
傅-克烷基化机理
这类反应有个严重缺点:由于烷基侧链的供电性,反应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继续被烷基所取代,导致了过烷基化现象而形成了众多副产物。由于这类反应是可逆的,还可能出现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-克脱烷基化反应);另外长时间的反应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。另外如果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应,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,比如1,4-二甲氧基苯的叔丁基化反应。
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应,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-甲基丙烯进行反应:
傅克烷基化反应机理
傅克烷基化反应机理
引言:
傅克烷基化反应是有机化学中一种重要的反应类型,它可用于合成各种有机化合物。本文将详细介绍傅克烷基化反应的机理和反应过程。
一、傅克烷基化反应的基本概念
傅克烷基化反应是指通过使用傅克试剂将氢原子取代为烷基基团。傅克试剂是含有活泼氟原子的有机化合物,常见的傅克试剂有三氟甲磺酸酯、三氟乙酸酯等。在傅克烷基化反应中,傅克试剂可以与底物发生取代反应,生成相应的烷基化产物。
二、傅克烷基化反应的机理
傅克烷基化反应的机理可以分为两个步骤:傅克试剂的活化和烷基化反应。
1. 傅克试剂的活化
傅克试剂首先需要被活化,通常是通过与碱催化剂反应来进行。碱催化剂可以使傅克试剂中的氟原子离去,从而生成活泼的傅克烷基化试剂。常用的碱催化剂有碳酸钠、碳酸钾等。
2. 烷基化反应
活化的傅克试剂与底物发生烷基化反应。这个反应过程可以分为两个步骤:亲核取代和离去基团的离去。
(1)亲核取代
活化的傅克试剂中的烷基基团作为亲核试剂与底物中的氢原子发生亲核取代反应。在这个过程中,烷基基团通过亲核攻击底物上的氢原子,形成碳-烷基键。这一步骤决定了烷基化产物的立体化学性质。(2)离去基团的离去
在亲核取代反应之后,底物中的离去基团离开,生成最终的烷基化产物。离去基团的离去可以是正离子离去或中性分子离去,具体取决于底物的结构。
三、傅克烷基化反应的应用
傅克烷基化反应在有机合成中有广泛的应用。它可以用于构建碳-碳键和碳-氧键,合成各种有机化合物,如醇、酮、酸等。此外,傅克烷基化反应还可以用于合成药物、农药和功能性材料等。
结论:
傅克烷基化反应机理
傅克烷基化反应机理
一、引言
在有机化学中,傅克烷基化反应是一种重要的反应,在合成有机化合物和药物中具有广泛的应用。傅克烷基化反应是指将一种芳香化合物中的氢原子被一个烷基取代的化学反应。本文将对傅克烷基化反应机理进行全面探讨。
二、傅克烷基化反应的基本原理
傅克烷基化反应的基本原理是利用傅克反应(Friedel-Crafts reaction),通过芳香化合物和烷基卤化物在氯化铝等路易得到的酸性离子液体的催化下,进行亲电取代反应,将烷基引入芳香环中。
三、傅克烷基化反应机理步骤
3.1 傅克烷基化反应的催化剂
氯化铝是傅克烷基化反应常用的催化剂,它能够形成酸性离子液体,提供亲电取代反应所需的正电荷。
3.2 电子亲受体的芳香化合物
苯和其衍生物是最常见的傅克烷基化反应底物。芳香环中的π电子可以作为亲电取代反应的受体。
3.3 烷基化试剂的反应
烷基化试剂可以是烷基卤化物或烷基磺酸酯等。烷基化试剂中的烷基负电离子可以作为亲电取代反应的亲试剂。
3.4 基团迁移和亲电负离子形成
在傅克烷基化反应中,芳香环上的氢被烷基取代后,形成了基团迁移。此时,芳香环上的负离子与催化剂结合形成亲电负离子。
3.5 卤素离去
在亲电负离子形成后,卤素原子脱离化合物,生成烷基取代的芳香化合物。
四、傅克烷基化反应的应用
傅克烷基化反应在有机合成中有广泛的应用。以下是傅克烷基化反应的一些应用:1.合成药物:傅克烷基化反应可以用来合成多种药物,例如抗生素和抗癌药物
等。
2.合成材料:傅克烷基化反应可以用于合成具有特殊性质的高分子材料,用于
制备聚合物。
傅克反应的
傅克反应的
傅克反应是有机化学中最重要的反应之一,包括傅克烷基化、傅克酰基化。英文名是Friedel-Crafts alkylation。
傅克反应是在无水氯化铝或者其他路易斯酸如氯化铁、磷酸、硫酸等催化下,芳烃与卤代烃、醇类、稀类化合物等在芳环上发生亲电取代反应,芳环上的氢原子被烷基取代,生成烷基芳烃的取代反应。
傅克反应结构式
傅克反应结构式
傅克反应是一种有机合成反应,以傅克试剂作为催化剂,将酰氯和芳香化合物反应生成酰化产物的反应。这种反应在有机合成中具有广泛的应用,能够高效地合成酰化产物。
傅克试剂通常是一种含有氟原子的有机化合物,常见的有氟化氢、三氟甲磺酸和三氟乙酸等。傅克试剂能够与酰氯发生取代反应,生成中间体傅克酰氟。傅克酰氟与芳香化合物反应后,经过亲电取代和芳香性取代两步反应,最终生成酰化产物。
傅克反应的具体机理如下:
傅克试剂与酰氯发生取代反应,生成傅克酰氟。这一步骤是通过氟原子与酰氯中的氯原子发生取代反应实现的。傅克酰氟是反应的中间体,具有高度的亲电性。
接下来,傅克酰氟与芳香化合物反应,发生亲电取代反应。在亲电取代反应中,傅克酰氟的亲电性使其与芳香化合物中的芳香环发生反应,形成中间体芳香基酰氟。这一步骤中,芳香化合物的芳香性被破坏,形成了中间体。
中间体芳香基酰氟与傅克试剂中的氟原子发生芳香性取代反应,生成酰化产物。这一步骤中,芳香基酰氟的芳香性被恢复,同时傅克试剂中的氟原子与芳香基酰氟发生取代反应,形成最终的酰化产物。
傅克反应的优势在于它能够高效地进行酰化反应,生成产率较高的酰化产物。此外,傅克反应对于芳香化合物的取代基宽容性较好,适用于多种不同的取代基反应。傅克反应还可以在室温下进行,反应条件温和,操作简便。
然而,傅克反应也存在一些限制。首先,傅克试剂对水和醇敏感,容易被水和醇分解,因此反应中需要严格控制水分和醇的含量。其次,傅克反应对于含有活泼亲核基团的化合物不适用,因为这些基团容易与傅克试剂发生反应,导致副反应的产生。
傅克反应
多取代物。
3、烷基化反应是可逆反应,催化剂对逆反应也具催化作用。
二、傅-克酰基化反应
酰基化反应:指芳香化合物在酸(路易斯酸或质子酸) 催化作用下与亲电试剂酰卤作用,在芳环上导入酰基 的反应。
试剂:酰卤、酸酐、羧酸
例如:
反应机理
傅瑞德尔对矿物学和有机化学的研究很有成就。合成 了异丙醇,乳酸和甘油,从 1874 年至 1891 年和美 国化学家克拉夫茨( Crafts )合作,发现无水三氯 化铝催化下把卤代烷加到苯中,便会反应。以他们名 字名的称为 Friedel-Crafts 烷基化和酰基化反应。
谢谢
例:各种烷基化试剂及方程式
+ CH3CH2Cl
AlCl3 0-25
CH2CH3
机理:卤代烃等烷基化试剂在路易斯酸 作用下生成烷基碳正离子,作为亲电试 剂进攻芳环,形成的中间体σ-络合物失 去一个质子得到芳烃烷基化产物。
注意!
并不是傅-克烷基化反应都经过碳正离子: 活泼芳香C-H键对亲电试剂(如羰基化合 物,α,β-不饱和羰基化合物等)的加 成生成新C-C键的反应也归属为傅-克烷 基化反应。其反应历程中并不包括碳正 离子的形成。
傅-克反应
制作者:
傅-克反应
傅-克反应的概念:在酸的催化作用下,芳香烃与烷基 化试剂或酰基化试剂作用,芳环上的氢被烷基或酰基 所取代,在芳环上导入烷基或酰基的反应叫傅-克反应。 傅克反应可分为烷基化反应和酰基化反应两大类。
傅克反应机理
傅克反应机理
傅克反应(Friedel-CraftsReaction)是一种烃与烯二氧化物的反应,是有机化学中最经典的反应之一,由法国科学家腓特烈傅克(Friedel)和他的同事卡索斯克拉克(Charles Krafft)于1877年发现。它是烃和烷基氯烃及其它无氢有机化合物的绿色有机合成中的重要方法。
傅克反应通常是将醇或醛与烯二氧化物反应,在酸性条件下(硫酸或铝酸等),烷基氯烃在烃的键上代替氧原子,形成α-氯烃或α-氯醇(如果醇参与的情况)的烃内加成反应。反应一般以多烯为活性物质,少量催化剂(通常是硫酸或铝酸),在高温(160 ~ 200℃)下进行。在反应过程中,有机酸应表现为呋喃烃,并抑制反应物失去氢原子,从而提高反应的活性和效率。
傅克反应是可逆的,失去氯原子时,可以重新形成原来的物质,或者在反应过程中形成新的产物。这种反应可以利用醇或醛和烯二氧化物,也可以通过硫酸氢钠和环烷的氧化反应得到环烯的氯化物,有时也可以利用硝酸和环烯的氧化反应得到环烯的硝化物。
傅克反应的机理一般被分为受体和发送体阶段。在受体阶段,因醇的碱性和形成的α-氯烃的碱性,使烯二氧化物的受体部分极微弱地碱性,该醛把烷基氯烃中的氯原子取出,并与受体结合在一起,形成活性中间体,目前研究认为它是一个弛离络合物。
在发送体阶段,当烷基氯烃接触到受体时,活性位点的受体会发射出氯原子,该氯原子是从它的α位点发送出去的,此时,烷基氯烃
的碳原子会进入受体的活性位点,重新形成受体,并且由于氯原子是从它α位点发送出去的,因此形成的是α-氯烃或α-氯醇(如果醇参与的情况)等。
傅克反应机理
Friedel-Crafts反应机理
摘要:本文总结了傅-克反应提出以来,化学研究人员对该反应的机理方面的研究,包括动力学研究、中间体结构和性质的。提出傅一克反应机理目前存在的疑问及机理动力学的发展方向。
关键词:傅-克反应;动力学;中间体;反应机理
1、傅-克反应的发现
傅-克反应在整个化学发展史上是最为古老的化学之一[1]。1869年德国化学家Zincke[2]首次报道了在苯环上引入烷基的反应.这个反应的发现来源于一个偶然,当时Zincke想从苄氯和氯乙酸(以苯作为溶剂)出发,在铜粉(或银粉)和密封加热的条件下,通过类似Wurtz反应的方法制各苯丙酸,但他发现在反应过程中有大量的氯化氢产生,同时也生成了二苯甲烷。他意识到这是苄氯和溶剂苯发生反应产生的。为此,在接下来的几年里,他开始研究这类苯环上引入取代基的反应。Zincke的发现引起了化学家们的广泛关注,他们用不同芳烃进行反应,并且得到了相应芳烃的烷基化和酰基化产物.至此,他们一致认为铁、铜、银或锌等金属粉末可以作为此类反应的催化剂,这个反应也因此被命名为Zincke反应。
1877年,Friedel和Crafts[3-4]试图通过Gustavson反应将1,1,1一三氯乙烷(苯作溶剂)在铝粉和碘单质存在条件下转化为1,1,1.三碘乙烷,但出乎意料的是他们再次得到了Zincke反应的产物。经过他们的不断研究,他们又对各种金属卤化物、各种卤代烃以及各种酰卤分别进行了研究,表明Zincke提出的各种金属确实不是此类反应的催化剂,它们的卤代物才是真正意义上的催化剂。至此傅一克反应被正式提出,包括傅一克烷基化反应和傅一克酰基化反应。
傅克烷基化反应
傅克烷基化反应
简介
傅克烷基化反应(Fujiwara-Moritani Reaction)是一种重要的有机合成反应,
它可用于合成具有芳香性的共轭聚合物及其它有机化合物。该反应的反应底物是芳香化合物,通过烷基化反应引入傅克烷基(Fujiwara alkyl),从而增加分子的多
样性和功能。傅克烷基化反应具有高效、具有化学多样性和环境友好等优点,因此在有机合成领域得到了广泛的应用。
反应机理
傅克烷基化反应的机理较为复杂,主要分为以下几个步骤:
1.电子转移:首先,活化剂(往往是金属催化剂)接受芳香化合物上的
芳香性π电子,形成中间体。
2.催化剂活化:接着,金属催化剂被一氧化碳(CO)或其它还原剂活
化,产生具有高氧化态的催化剂。
3.傅克烷基转移:接下来,在催化剂的作用下,活化剂转移傅克烷基到
芳香化合物上,形成傅克烷基化合物。
4.结束反应:最后,通过水或其它试剂来中和或水解活化剂和傅克烷基
化合物,得到目标产物。
实验条件
傅克烷基化反应的实验条件较为灵活,可以根据具体要求进行调整。一般来说,以下条件适用于大多数情况:
•活化剂:通常为芳香化合物及硝酸盐,具体选择根据反应体系的需要。
•催化剂:常见的催化剂有钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)等,选择合适的催化剂取决于具体反应底物和条件。
•溶剂:常用的溶剂有氯化碳(CCl4)、氯仿(CHCl3)、二甲基亚砜(DMSO)等,根据反应体系的需要进行选择。
•温度:通常在常温至反应溶剂沸点下进行反应。
•反应时间:反应时间的选择取决于底物的反应性以及期望的产量和产物纯度。
傅克反应
傅-克反应
傅里德-克拉夫茨反应,简称傅-克反应,是一类芳香族亲电取代反应,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)共同发现。该反应主要分为两类:烷基化反应和酰基化反应。
傅-克反应:(1)傅-克烷基化反应;(2)傅-克酰基化反应
傅-克烷基化反应
傅-克烷基化反应在强路易斯酸的催化下使用卤代烃对一个芳环
进行烷基化。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,最后产生烷基芳香族化合物和氯化氢。总反应式如下:
傅-克烷基化机理
这类反应有个严重缺点:由于烷基侧链的供电性,反应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继续被烷基所取代,导致了过烷基化现象而形成了众多副产物。由于这类反应是可逆的,还可能出现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-克脱烷基化反应);另外长时间的反应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。另外如果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应,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,比如1,4-二甲氧基苯的叔丁基化反应。
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应,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-甲基丙烯进行反应:
最新傅克反应
傅-克反应
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傅里德-克拉夫茨反应,简称傅-克反应,是一类芳香族亲电取代反应,1877 3
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4
(Crafts J)共同发现。该反应主要分为两类:烷基化反应和酰基化反应。
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傅-克反应:(1)傅-克烷基化反应;(2)傅-克酰基化反应
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傅-克烷基化反应
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傅-克烷基化反应在强路易斯酸的催化下使用卤代烃对一个芳环进行烷基化。9
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,10
碳正离子进攻苯环并取代环上的氢,最后产生烷基芳香族化合物和氯化氢。总11
反应式如下:
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傅-克烷基化机理
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这类反应有个严重缺点:由于烷基侧链的供电性,反应产物比起原料具有更15
高的亲核性,于是产物苯环上的另一个氢继续被烷基所取代,导致了过烷基化16
现象而形成了众多副产物。由于这类反应是可逆的,还可能出现烷基被其他基17
团所取代的副产物(例如被氢取代时,也称为傅-克脱烷基化反应);另外长时18
间的反应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19
位产物。另外如果氯不是处于三级碳原子(叔碳原子)上,还有可能发生碳正
20
离子重排反应,而这取决于碳正离子的稳定性:即三级碳>二级碳>一级碳。空21
间位阻效应可以被利用于限制烷基化的数量,比如1,4-二甲氧基苯的叔丁基化22
反应。
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1,4-二甲氧基苯的叔丁基化
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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26
间体参与反应,如一些烯烃,质子酸,路易斯酸,烯酮,环氧化合物的衍生物。
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傅克反应
傅-克反应
傅里德-克拉夫茨反应,简称傅-克反应,是一类芳香族亲电取代反应,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)共同发现。该反应主要分为两类:烷基化反应和酰基化反应。
傅-克反应:(1)傅-克烷基化反应;(2)傅-克酰基化反应
傅-克烷基化反应
傅-克烷基化反应在强路易斯酸的催化下使用卤代烃对一个芳环进行烷基化。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,最后产生烷基芳香族化合物和氯化氢。总反应式如下:
傅-克烷基化机理
这类反应有个严重缺点:由于烷基侧链的供电性,反应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继续被烷基所取代,导致了过烷基化现象而形成了众多副产物。由于这类反应是可逆的,还可能出现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-克脱烷基化反应);另外长时间的反应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。另外如果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应,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,比如1,4-二甲氧基苯的叔丁基化反应。
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应,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-甲基丙烯进行反应:
1-氯-2-甲基-2-苯基丙烷的合成
曾有研究实例表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
在这个反应中三氟甲磺酸钐被认为在卤离子形成中活化了NBS的供卤素能力。
傅-克去烷基化反应
傅-克烷基化是一个可逆反应。在逆向傅-克反应或者称之为傅-克去烷基化反应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,原来期待能够得到邻对位取代的产物。然而真正的反应产物是1,3,5-三乙基苯,即所有烷基取代都是间位取代。热力学反应控制使得该反应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。因此反应最终的产物是一系列烷基化与去烷基化共同作用的结果。
1,3,5-三乙基苯的合成
傅-克酰基化反应
傅-克酰基化反应是在强路易斯酸做催化剂条件下,让酰氯与苯环进行酰化的反应。此反应还可以使用羧酸酐作为酰化试剂,反应条件类似于烷基化反应的条件。酰化反应比起烷基化反应来说具有一定的优势:由于羰基的吸电子效应的影响(钝化基团),反应产物(酮)通常不会像烷基化产物一样继续多重酰化。而且该反应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,正电荷非常容易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还原反应、沃尔夫-凯惜纳-黄鸣龙还原反应或者催化氢化等反应转化为烷基。
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。比如甲酰氯就由于不稳定而不能进行,因此合成苯甲醛就需要其他的方法,如Gattermann-Koch反应: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。
反应机理
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:
第二步是接下来的芳环亲电试剂进攻酰基正离子:
最后一步,电荷转移至氯原子形成HCl,而AlCl3催化剂重新形成:
如果需要的话产生的芳香酮可以接着被还原形成相应的芳环烷基侧链,见:沃尔夫-凯惜纳-黄鸣龙还原反应或者Clemmensen还原,两者的区别在于溶剂的酸碱性。
傅-克羟基烷基化
芳环和一定的醛酮形成相应的羟基取代的烷基化产物:
展望与变化
该反应与以下经典的人名反应相关:
酰化产物可以通过Clemmensen还原转化成烷基化产物。
Gattermann-Koch反应可以通过苯来合成苯醛。
Gattermann反应可以通过氢氰酸对芳环进行甲酰化。
Houben-Hoesch反应可以通过氰类化合物来合成芳醛。
Fries重排反应可以通过芳基酯重排得到芳基酮。
Scholl反应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反应可以让甲基苯酚和四氯化碳反应得到环己烯二酮。
布兰克氯甲基化反应: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) 通过脱水反应和异构化,将 1-β-苯乙环己醇合成菲。
Darzens-Nenitzescu酮合成法(1910, 1936)将环己烯和乙酰氯反应得到甲基环己基酮。Nenitzescu还原酰化(1936) 绿色化学当中,氯化铝被石墨代替用于和2-溴丁烷进行对二甲苯的烷基化。因为其碳正离子的稳定性更弱,此类反应不适用于一级卤代烃
染料
Friedel–Crafts反应应用于很多染料的合成,比如: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。而在反应中用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 反应
Haworth反应是合成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应,中间产物被还原,然后继续和羧酸进行FC酰化。
Haworth反应
另外一个相关反应,从萘作为原料合成菲就是利用琥珀酸酐进行了一系列的反应。
Haworth菲合成
利用傅-克反应进行芳香烃类的检测
利用氯仿和氯化铝催化剂和芳香化合物反应得到三芳香环取代甲烷,由于通常具有亮丽的颜色这种反应能够用来在实验室内检验芳香化合物。
拓展
如同克莱森重排的发展一样,傅-克酰基化反应先是在芳香族化合物的反应中发现和应用,而后来发现该反应同样适用于非芳香族化合物(主要是烯