18.9: Elektrofilowe podstawienie aromatyczne: alkilowanie benzenu Friedela-Craftsa

Reakcje Friedela-Craftsa zostały opracowane w 1877 roku przez francuskiego chemika Charlesa Friedela i amerykańskiego chemika Jamesa Craftsa. Alkilowanie Friedela-Craftsa dotyczy zastąpienia aromatycznego protonu grupą alkilową poprzez elektrofilowe podstawienie aromatyczne. Katalizator będący kwasem Lewisa, taki jak chlorek glinu, reaguje z halogenkiem alkilu, tworząc karbokation. Powstały karbokation reaguje następnie z pierścieniem aromatycznym i ulega serii przegrupowań elektronów, zanim otrzyma produkt końcowy. Na przykład benzen reaguje z 2-chlorobutanem w obecności chlorku glinu, tworząc 2-butylobenzen.

Alkilowanie rozpoczyna się od reakcji kwasu Lewisa z zasadą, w której halogenek alkilu reaguje z chlorkiem glinu, powodując utworzenie elektrofilowego karbokationu.

Karbokation atakuje chmurę elektronów π pierścienia aromatycznego, tworząc jon arenowy stabilizowany rezonansem. Deprotonowanie jonu arenu przywraca aromatyczność, dając 2-butylobenzen i regenerując katalizator.

W przypadku halogenków drugorzędowych i trzeciorzędowych karbokation jest reagującym elektrofilem. W przypadku pierwszorzędowych halogenków alkilu wolny pierwszorzędowy karbokation jest niestabilny i trudny do wytworzenia. Zamiast tego kompleks halogenku alkilu z chlorkiem glinu działa jako elektrofil.

Alkilowanie związków aromatycznych metodą Friedela-Craftsa zostało odkryte przez Charlesa Friedela i Jamesa Craftsa.

Jest to typowa elektrofilowa substytucja aromatyczna, w której wodór pierścienia aromatycznego jest zastępowany grupą alkilową.

Na przykład 2-chlorobutan reaguje z benzenem w obecności chlorku glinu, katalizatora kwasu Lewisa, tworząc 2-butylobenzen.

Alkilowanie rozpoczyna się reakcją kwasowo-zasadową Lewisa, w której halogenek alkilu reaguje z chlorkiem glinu. Kompleks następnie dysocjuje, tworząc karbokation.

Jako elektrofil karbokation reaguje z π chmurą elektronową benzenu, tworząc stabilizowany rezonansowo jon areny.

Ostatecznie deprotonacja jonu arenium przywraca aromatyczność, dając 2-butylobenzen i regenerując katalizator.

Warto zauważyć, że w przypadku halogenków drugorzędowych i trzeciorzędowych karbokation jest reagującym elektrofilem.

W przypadku pierwszorzędowych halogenków alkilowych wolny pierwotny karbokation jest stosunkowo niestabilny.

Dlatego kompleks halogenku alkilu z chlorkiem glinu służy jako elektrofil.