18.9: 친전자성 방향족 치환: 프리델-크래프트 벤젠의 알킬화

프리델-크래프트 반응은 1877년 프랑스 화학자 찰스 프리델과 미국 화학자 제임스 크래프츠에 의해 개발되었습니다. 프리델-크래프트 알킬화는 친전자성 방향족 치환을 통해 방향족 양성자가 알킬기로 대체되는 것을 의미합니다. 염화알루미늄과 같은 루이스산 촉매는 할로겐화 알킬과 반응하여 탄소 양이온을 형성합니다. 생성된 탄수화물은 방향족 고리와 반응하여 일련의 전자 재배열을 거쳐 최종 생성물이 생성됩니다. 예를 들어, 벤젠은 염화알루미늄이 있을 때 2-클로로부탄과 반응하여 2-부틸벤젠을 형성합니다.

알킬화는 할로겐화 알킬이 염화알루미늄과 반응하여 친전자성 탄소 양이온을 형성하는 루이스산 염기 반응으로 시작됩니다.

탄수화물 양이온은 방향족 고리의 π 전자 구름을 공격하여 공명 안정화된 아늄 이온을 형성합니다. 아늄 이온의 탈양성자화는 방향족성을 회복시켜 2-부틸벤젠을 생성하고 촉매를 재생시킵니다.

2차 및 3차 할로겐화물의 경우 탄수화물 양이온은 반응하는 친전자체입니다. 1차 알킬 할라이드의 경우 유리 1차 탄소 양이온은 불안정하고 생성하기 어렵습니다. 대신, 염화알루미늄과 할로겐화 알킬의 복합체가 친전자체 역할을 합니다.

방향족 화합물의 Friedel-Crafts 알킬화는 Charles Friedel과 James Crafts에 의해 발견되었습니다.

방향족 고리의 수소가 알킬기로 대체되는 전형적인 친전자성 방향족 치환입니다.

예를 들어, 2-클로로부탄은 루이스산 촉매인 염화알루미늄의 존재 하에서 벤젠과 반응하여 2-부틸벤젠을 형성합니다.

알킬화는 할로겐화 알킬이 염화알루미늄과 반응하는 루이스 산-염기 반응으로 시작됩니다. 그런 다음 복합체는 해리되어 탄소 양이온을 형성합니다.

친전자성으로서 탄소 양이온은 벤젠의 π 전자 구름과 반응하여 공명 안정화 아레나늄 이온을 형성합니다.

마지막으로, 아레나늄 이온의 탈양성자화는 방향성을 복원하여 2-부틸벤젠을 제공하고 촉매를 재생합니다.

특히, 2차 및 3차 할로겐화물의 경우, 탄소 양이온은 반응하는 친전자성입니다.

1차 할로겐화 알킬을 사용하면 유리 1차 탄수화물이 상대적으로 불안정합니다.

그러므로, 염화알루미늄을 가진 할로겐화 알킬의 복합체는 친전자성 역할을 한다.