18.9: Sostituzione elettrofila aromatica: alchilazione di Friedel-Crafts del benzene

Le reazioni di Friedel-Crafts furono sviluppate nel 1877 dal chimico francese Charles Friedel e dal chimico americano James Crafts. L'alchilazione di Friedel-Crafts si riferisce alla sostituzione di un protone aromatico con un gruppo alchilico tramite sostituzione elettrofila aromatica. Un catalizzatore acido di Lewis come il cloruro di alluminio reagisce con un alogenuro alchilico per formare un carbocatione. Il carbocatione risultante reagisce poi con l'anello aromatico e subisce una serie di riarrangiamenti elettronici prima di dare il prodotto finale. Ad esempio, il benzene reagisce con il 2-clorobutano in presenza di cloruro di alluminio per formare 2-butilbenzene.

L'alchilazione inizia con una reazione acido-base di Lewis in cui l'alogenuro alchilico reagisce con il cloruro di alluminio, dando luogo alla formazione di un carbocatione elettrofilo.

Il carbocatione attacca la nuvola di elettroni π dell'anello aromatico, formando uno ione arenio stabilizzato per risonanza. La deprotonazione dello ione arenio ripristina l'aromaticità, dando 2-butilbenzene e rigenerando il catalizzatore.

Con gli alogenuri secondari e terziari, il carbocatione è l'elettrofilo reagente. Nel caso degli alogenuri alchilici primari, il carbocatione primario libero è instabile e difficile da generare. Invece, un complesso di un alogenuro alchilico con cloruro di alluminio funge da elettrofilo.

L'alchilazione di Friedel-Crafts dei composti aromatici è stata scoperta da Charles Friedel e James Crafts.

È una tipica sostituzione aromatica elettrofila in cui l'idrogeno di un anello aromatico viene sostituito con un gruppo alchilico.

Ad esempio, il 2-clorobutano reagisce con il benzene in presenza di cloruro di alluminio, un catalizzatore acido di Lewis, per formare 2-butilbenzene.

L'alchilazione inizia con una reazione acido-base di Lewis in cui l'alogenuro alchilico reagisce con il cloruro di alluminio. Il complesso si dissocia quindi per formare un carbocatione.

Come elettrofilo, il carbocatione reagisce con la nuvola di elettroni π del benzene, formando uno ione arenio stabilizzato per risonanza.

Infine, la deprotonazione dello ione arenio ripristina l'aromaticità, dando 2-butilbenzene e rigenerando il catalizzatore.

In particolare, con alogenuri secondari e terziari, il carbocatione è l'elettrofilo reagente.

Con gli alogenuri alchilici primari, il carbocatione primario libero è relativamente instabile.

Pertanto, un complesso di un alogenuro alchilico con cloruro di alluminio funge da elettrofilo.