37
Лекция 16 Реакция электрофильного замещения. Docendo discimus Обучая других, мы учимся сами

Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Лекция 16Реакция электрофильного замещения.

Docendo discimusОбучая других, мы учимся сами

Page 2: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Галогенирование. Галогенирующие агенты. Механизм реакциигалогенирования аренов и их производных. Хлорирование, бромированиеи иодирование аренов, содержащих донорные (фенолы и анилины) иакцепторные заместители.Сульфирование. Сульфирующие агенты. Механизм реакции. Кинетический и термодинамический контроль в реакции сульфированияна примере фенола и нафталина. Обратимость реакции сульфирования ииспользование в качестве защитной группы. Превращения сульфогруппы. Другие S–электрофилы, синтез дибензотиофена и аминобензотиазолов(роданирование). Электрофильное гидроксилирование пероксидомводорода.Алкилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Алкилирующие агенты. Механизм реакции. Побочные процессы - изомеризация алкилирующегоагента и конечных продуктов. Синтез диарил- и триарилметанов. Гидроксиалкилирование, синтез бакелита и каликсаренов, реакцияхлорметилирования.Ацилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Ацилирующие агенты. Механизм реакции. Региоселективность ацилирования. Синтезнафталинов, антраценов и фенантренов. Перегруппировк Фриса. Формилирование по Гаттерману-Коху (использование окиси углерода), формилирование по Гаттерману (синильная кислота, цианиды) и другиеродственные реакции. Формилирование по Вильсмейеру-Хааку.Карбоксилирование фенолов. Реакция Кольбе, региохимия.

Page 3: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Галогенирование аренов

ZZ

H Cl

B:

Z

Cl

σ-комплексClδ+-Cl-FeCl3δ-

медленно

быстро+ HCl + FeCl3

B: = Cl- из FeCl4-

+

Page 4: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

FeCl3

FeBr3

Br

Cl

Cl

Br

+ Cl2 +

(45 %) (55 %)

+ Br2 +

(65 %) (35 %)

25 °C

Page 5: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Cl

FeCl3

Br Br

Br

FeBr3

Cl

Cl

Br

Br

Cl

Cl

Br

Br

+ Cl2 +

(70 %) (30 %)

+ Br2 +

(86 %) (13 %)

25 °C

25 ° C

+

(1 %)

Page 6: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

NO2

FeBr3

OAlBr3

NO2

Br

OBr

+ Br2

(90 %)

25 - 30 ° C+ HBr

25 - 30 ° C+ Br2 + HBr

(75 %)

NO2

FeCl3

NO2

Cl+ Cl2 40 - 50 °C

+ HCl

Page 7: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

NH2

Br

Br

Br Br2

NH2O

O

OHN

O

HN

O

HN

O

H BrBr

Br

AcOH

Br2

HN

O

Br

HN

O

Br

HClEtOH, H2O

NH2

Br

AcOH, 0 °C комнатная температура

кипячение

реакция

Анилины необходимо защищать

Page 8: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Иодирование аренов

H2N

H2N

HOOC

I2

ICl

H2N I

H2N I

HOOC

I2 + HgO I2 +Hg(OAc)2

I2 + AgOAc I2 + Ag2SO4

Page 9: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

H3CO

H3CO

CHCl3H3CO

H3CO

I

+ CF3COOAg + I2 20 °C

85 - 90 %

O2NI2 + AgOTf

I2 / HNO3

O2N

I

I100 °C

(60 %)

Page 10: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

O

O

O

OMe

O

O

O

I

I

I

I

I I

IOMe

I

I2 + HNO3

I2 + SO3

I2 + HNO3 + H2SO4

Page 11: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Фторирование F2 нельзя!Необходимо использовать другие методы!

Page 12: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Ацилирование по Фриделю-Крафтсу пара-селективно

PhCH3

OPhH

CS2

CH2Cl2

OO

O

O

O

Ac2O / AlCl3 (85 %)

AcCl / AlCl3 (88 %)

AcCl / AlCl3 (92 %)

AcCl / AlCl3(90 %)

Page 13: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

OCl

AlCl3CH2Cl2

O1-инданон

AlCl3CH2Cl2

O O2N COCl

COCH3

O

O

O NO2

+ CH3COCl (70 %)

+ PhCOCl + CF3SO3H60 °C (90

%)

+ CF3SO3H+

(84 %)

Page 14: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Ацилирование фенолов

OH

CO2H

OCOR OAlCl2R

O

AlCl3

OAlCl2

OCOCH3

CO2H

OH

COR

Ac2O / H2SO4

+ RCO+

o- и п-изомеры

Перегруппировка Фриса

Page 15: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Синтез замещенных нафталинов

полифосфорная

O

O

O

O

AlCl3

O

CO2H

HO R R

H+ S∆

R

HO2C

+NH2NH2 / KOHэтиленгликоль

NH2NH2 / KOHэтиленгликоль

- H2O

RMgBr(R = алкил или арил)

Pd / C ∆(R = H)

кислота

восстановление по Кижнеру-Вольфу

Page 16: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Синтез антраценов

O

O

O

AlCl3

O

HOO

H2SO4

O

O

Zn∆

O

O

O

O

+

9,10-Антрахинон

+

Page 17: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Синтез фенантренов

O

O

OO

OH

O

AlCl3

H2SO4 O NaBH4 OH

R

OHH2SO4

[O]

RMgBr

H2SO4

[O]

O

OH

R

Zn / Hg / HCl

восстановление по Клемменсену

H

Hhν [O]

Транс-стильбен

Page 18: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Образование аддуктов присоединения для антрацена и фенантрена

Y+

Y

Y- H+

Y

X

X-

H Y

X H

Y+

X-

H Y

-HX

B

Y

- HB+

-HX

Page 19: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Br2

HNO3

ROH

H Br

Br H

O2N H

H OR

- HBr

- ROH

Br

Br

NO2

Br

- H2

9,10-Дибром-9,10-дигидроантрацен

9-Бромантрацен

9,10-Дибромантрацен

9-Нитроантрацен

Page 20: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Алкилирование по Фриделю-Крафтсу

M

Cl

Cl

ClBrR

RCl AlCl3RCl AlCl3 R AlCl4

ArH + RXAlCl3 (безв.)

RBr + MCl3

R + AlCl4δ+ δ−

молекулярныйкомплекс

координационный аддукт

ионная пара

свободные ионы

ArR + HX

Page 21: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Алкилирование алкилгалогенидами

Cl

Cl

BF3

AlCl3 Cl

Br+ FCH2CH2Br

20 °C, 4 ч.+ HF

(94 %)

+50 °C

AlCl3 / C6H6+ + HCl

(35 %) (65 %)

Page 22: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

ClAlCl3

+ 2- 30 °C

(80 %)

Cl

AlCl3

ClCl3Al

бензол

(50%)

Page 23: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Алкилирование спиртами

H OSO3H

OH

Me HSO4

OH

Me

H

OH

Me

OH

Me

+

OH

BF360 °C+ +

(56 %) (27 %)

Page 24: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Внутримолекулярное алкилирование

OH

H3PO4*P2O5 S, t °C

- H2S

HO

катионит КУ 2гептан

флуорен

Page 25: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Алкилирование алкенами

AlCl3; HCl

H3PO4+250 °C; 25 атм

+80 - 120 °C; 10 атм

Page 26: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Синтез бакелита (фенолформальдегидная смола)

OH

HCHONaOH

OH

CH2OHH+

OH

OH

OH OH

x

x

xо- и п-изомеры

Бакелит

Page 27: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Синтез каликсаренов

OH

HCHONaOH

OHOH OH OH

каликс-4-аренOH

4

Page 28: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Хлорметилирование

H

O H

HCl H

HO H

MeO

HO

H

Cl

MeOCl

Cl

Cl

HOHCl

Cl

Page 29: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Получение триарилметанов

CCl4

AlCl3

CHCl3

AlCl3Ph

Ph PhH

Cl

Page 30: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Формилирование по Гаттерману-Коху

AlCl3

C OCuCl

Cu2Cl2

H C O + AlCl4

ArH + CO + HCl ArCHO + HCl(70 - 90 %)

ClSO3H + HCOOH HCl + CO + H2SO4

HCl + + AlCl3

Page 31: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

AlCl3

ClAlCl3

AlCl3

Cu2Cl2

Cu2Cl2Cl CHO

CHO

CHO + CO + HCl

40 °C

+ CO + HCl

50 °C

(80 %)

(70 %)

+ CO + HCl30 °C

(60 %)50 атм.

Page 32: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Формилирование по Гаттерману-Адамсу

OR Zn(CN)2

HCl

OR

OR

CH NH

R'

NH2

Cl

Cl

H2O

H2O

OR

OR

CH O

R'

O

o- и п-изомеры

R'CN

HCl / ZnCl2(R = алкил)

o- и п-изомеры

Реакция Гаттермана

Реакция Геша

Page 33: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

HO OH

OH

HO

C NMe

C6H6HO CHO

HO OH

OH

O

Zn(CN)2 + HCl

(99 %)

+1) HCl / Zn (CN)2

2) H2O

(60 %)

тимол

Page 34: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Реакция Вильсмеера-Хаака

AcONa

(H3C)2N

H2O

HN(CH3)2

O

(H3C)2NCl

O P

O

ClCl

P

O

ClClCl

(H3C)2NN(CH3)2

H H2O

(H3C)2NH

N(CH3)2

Cl

(CH3)2N C PO2Cl2Cl

(H3C)2NO

H

Cl-

+ ClCH=N(CH3)2

+

(иминиевая соль)

(99 %)

HN

O POCl2Cl-

H

Page 35: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Другие методы формилирования

O

H O CH3

O

ArH + HF

OBF3

HF

O+ HF

0 °C+ CH3COOH

ArCHO + HF

ArCHOR

Cl

H2OArCHOArH + Cl2CHOR

20 °C; 15 минTiCl4 / CH2Cl2

(70 - 90 %)

Page 36: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Реакция Кольбе

H3O+

OH

NaOH

OH

CO2H

ONa

CO2

Ac2O

OH

CO2Na

O

CO2H

O

фенол pKa 10 фенолят натрия салицилат натрия

салициловая кислота аспирин

Page 37: Лекция 16 - chem.msu.suelectro2_Arom).pdf · NH2 Br Br Br Br2 NH2 O O O HN O HN O HN O HBr Br Br AcOH Br2 HN O Br HN O Br HCl EtOH, H2O NH2 Br AcOH, 0 °C комнатная

Региохимия реакции КольбеONa

CO2

OK

CO2

OH

KO2C

OH

CO2Na

5 атм, 180 0C

5 атм, 220 0C