Upload
vuongtram
View
238
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Лекция 16Реакция электрофильного замещения.
Docendo discimusОбучая других, мы учимся сами
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.
Галогенирование аренов
ZZ
H Cl
B:
Z
Cl
σ-комплексClδ+-Cl-FeCl3δ-
медленно
быстро+ HCl + FeCl3
B: = Cl- из FeCl4-
+
FeCl3
FeBr3
Br
Cl
Cl
Br
+ Cl2 +
(45 %) (55 %)
+ Br2 +
(65 %) (35 %)
25 °C
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 %)
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
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
Иодирование аренов
H2N
H2N
HOOC
I2
ICl
H2N I
H2N I
HOOC
I2 + HgO I2 +Hg(OAc)2
I2 + AgOAc I2 + Ag2SO4
H3CO
H3CO
CHCl3H3CO
H3CO
I
+ CF3COOAg + I2 20 °C
85 - 90 %
O2NI2 + AgOTf
I2 / HNO3
O2N
I
I100 °C
(60 %)
O
O
O
OMe
O
O
O
I
I
I
I
I I
IOMe
I
I2 + HNO3
I2 + SO3
I2 + HNO3 + H2SO4
Фторирование F2 нельзя!Необходимо использовать другие методы!
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 %)
OCl
AlCl3CH2Cl2
O1-инданон
AlCl3CH2Cl2
O O2N COCl
COCH3
O
O
O NO2
+ CH3COCl (70 %)
+ PhCOCl + CF3SO3H60 °C (90
%)
+ CF3SO3H+
(84 %)
Ацилирование фенолов
OH
CO2H
OCOR OAlCl2R
O
AlCl3
OAlCl2
OCOCH3
CO2H
OH
COR
Ac2O / H2SO4
+ RCO+
o- и п-изомеры
Перегруппировка Фриса
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
Синтез антраценов
O
O
O
AlCl3
O
HOO
H2SO4
O
O
Zn∆
O
O
O
O
+
9,10-Антрахинон
+
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
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
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
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
Алкилирование алкилгалогенидами
Cl
Cl
BF3
AlCl3 Cl
Br+ FCH2CH2Br
20 °C, 4 ч.+ HF
(94 %)
+50 °C
AlCl3 / C6H6+ + HCl
(35 %) (65 %)
ClAlCl3
+ 2- 30 °C
(80 %)
Cl
AlCl3
ClCl3Al
бензол
(50%)
Алкилирование спиртами
H OSO3H
OH
Me HSO4
OH
Me
H
OH
Me
OH
Me
+
OH
BF360 °C+ +
(56 %) (27 %)
Внутримолекулярное алкилирование
OH
H3PO4*P2O5 S, t °C
- H2S
HO
катионит КУ 2гептан
флуорен
Алкилирование алкенами
AlCl3; HCl
H3PO4+250 °C; 25 атм
+80 - 120 °C; 10 атм
Синтез бакелита (фенолформальдегидная смола)
OH
HCHONaOH
OH
CH2OHH+
OH
OH
OH OH
x
x
xо- и п-изомеры
Бакелит
Синтез каликсаренов
OH
HCHONaOH
OHOH OH OH
каликс-4-аренOH
4
Хлорметилирование
H
O H
HCl H
HO H
MeO
HO
H
Cl
MeOCl
Cl
Cl
HOHCl
Cl
Получение триарилметанов
CCl4
AlCl3
CHCl3
AlCl3Ph
Ph PhH
Cl
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
AlCl3
ClAlCl3
AlCl3
Cu2Cl2
Cu2Cl2Cl CHO
CHO
CHO + CO + HCl
40 °C
+ CO + HCl
50 °C
(80 %)
(70 %)
+ CO + HCl30 °C
(60 %)50 атм.
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
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
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
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 %)
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
Региохимия реакции КольбеONa
CO2
OK
CO2
OH
KO2C
OH
CO2Na
5 атм, 180 0C
5 атм, 220 0C