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Articulo de referencia

Reacción de Friedel-Crafts

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Las reacciones de Friedel-Crafts son un conjunto de reacciones desarrolladas por Charles Friedel y James Crafts en 1877 para unir sustituyentes a un anillo aromático . [ 1 ] Las reacciones de Friedel-Crafts son de dos tipos principales: reacciones de alquilación y reacciones de acilación . Ambas proceden mediante sustitución aromática electrofílica . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Alquilación

Con alquenos

En aplicaciones comerciales, los agentes alquilantes suelen ser alquenos , y algunas de las reacciones a mayor escala que se practican en la industria son de gran importancia industrial, por ejemplo, para la producción de etilbenceno , precursor del poliestireno, a partir de benceno y etileno, y para la producción de cumeno a partir de benceno y propeno en el proceso de cumeno .

Alquilación de benceno con propileno en el proceso de cumeno

La producción industrial suele utilizar ácidos sólidos derivados de una zeolita como catalizador.

Con haluros de alquilo

La alquilación de Friedel-Crafts implica la alquilación de un anillo aromático . Tradicionalmente, los agentes alquilantes son haluros de alquilo . Sin embargo, se pueden utilizar muchos otros agentes alquilantes en lugar de haluros de alquilo. Por ejemplo, enonas y epóxidos pueden emplearse en presencia de protones. La reacción suele emplear un ácido de Lewis fuerte , como el cloruro de aluminio , como catalizador, para aumentar la electrofilicidad del agente alquilante. [ 6 ]

Esta reacción presenta la desventaja de que el producto es más nucleofílico que el reactivo, ya que los grupos alquilo son activadores de la reacción de Friedel-Crafts . En consecuencia, puede producirse una sobrealquilación. Sin embargo, el impedimento estérico puede aprovecharse para limitar el número de ciclos de alquilación sucesivos, como en la t- butilación del 1,4-dimetoxibenceno, que produce únicamente el producto de dos ciclos de alquilación y solo uno de los tres isómeros posibles: [ 7 ]

t-butilación de 1,4-dimetoxibenceno

Además, la reacción solo es útil para haluros de alquilo primarios en un sentido intramolecular cuando se forma un anillo de 5 o 6 miembros. Para el caso intermolecular, la reacción se limita a agentes alquilantes terciarios , algunos agentes alquilantes secundarios (para los cuales el reordenamiento de carbocationes es degenerado) o agentes alquilantes que producen carbocationes estabilizados (por ejemplo, bencílicos o alílicos). En el caso de haluros de alquilo primarios, el complejo tipo carbocatión (R (+) ---X---Al (-) Cl 3 ) experimentará una reacción de reordenamiento de carbocatión para dar casi exclusivamente el producto reordenado derivado de un carbocatión secundario o terciario. [ 8 ]

La protonación de alquenos genera carbocationes , los electrófilos. Un ejemplo a escala de laboratorio es la síntesis de cloruro de neofilo a partir de benceno y cloruro de metilalilo utilizando ácido sulfúrico como catalizador. [ 9 ]

Mecanismo

El mecanismo general para los haluros de alquilo primarios se muestra en la figura siguiente. [ 8 ]

Mecanismo de alquilación de Friedel-Crafts.
Para los haluros de alquilo primarios (y posiblemente secundarios), es más probable que intervenga un complejo tipo carbocatión con el ácido de Lewis, [R (+) ---(X---MX n ) (–) ], en lugar de un carbocatión libre.

desalquilación de Friedel-Crafts

Las alquilaciones de Friedel-Crafts pueden ser reversibles . Aunque esto suele ser indeseable, puede aprovecharse; por ejemplo, facilitando reacciones de transalquilación . [ 10 ]

El 1,3-diisopropilbenceno se produce mediante transalquilación, una forma especial de alquilación de Friedel-Crafts.

También permite la adición reversible de cadenas alquílicas como grupos protectores . Este método se utiliza industrialmente en la síntesis de 4,4'-bifenol mediante el acoplamiento oxidativo y la posterior desalquilación de 2,6-di-terc-butilfenol . [ 11 ] [ 12 ]

Acilación

La acilación de Friedel-Crafts implica la acilación de anillos aromáticos. Los agentes acilantes típicos son los cloruros de acilo . Los anhídridos de ácido , así como los ácidos carboxílicos, también son viables. Un catalizador ácido de Lewis típico es el tricloruro de aluminio . Sin embargo, debido a que la cetona producto forma un complejo bastante estable con ácidos de Lewis como el AlCl₃ , generalmente se debe emplear una cantidad estequiométrica o más del "catalizador", a diferencia del caso de la alquilación de Friedel-Crafts, en la que el catalizador se regenera constantemente. [ 13 ] Las condiciones de reacción son similares a las de la alquilación de Friedel-Crafts. Esta reacción tiene varias ventajas sobre la reacción de alquilación. Debido al efecto atractor de electrones del grupo carbonilo , el producto cetona es siempre menos reactivo que la molécula original, por lo que no ocurren acilaciones múltiples. Además, no hay reordenamientos de carbocationes , ya que el ion acilio se estabiliza por una estructura de resonancia en la que la carga positiva está en el oxígeno.

Descripción general de la acilación de Friedel-Crafts

La viabilidad de la acilación de Friedel-Crafts depende de la estabilidad del reactivo cloruro de acilo. El cloruro de formilo, por ejemplo, es demasiado inestable para ser aislado. Por lo tanto, la síntesis de benzaldehído mediante la ruta de Friedel-Crafts requiere que el cloruro de formilo se sintetice in situ . Esto se logra mediante la reacción de Gattermann-Koch , que consiste en tratar benceno con monóxido de carbono y cloruro de hidrógeno a alta presión, catalizada por una mezcla de cloruro de aluminio y cloruro cuproso . Las cetonas simples que podrían obtenerse mediante la acilación de Friedel-Crafts se producen en la industria mediante métodos alternativos, como la oxidación.

Mecanismo de reacción

La reacción se produce mediante la generación de un centro acilio. La reacción se completa con la desprotonación del ion arenio por AlCl₄⁻ , regenerando el catalizador AlCl₃ . Sin embargo, a diferencia de la reacción de alquilación catalítica, la cetona formada es una base de Lewis moderada, que forma un complejo con el ácido de Lewis fuerte tricloruro de aluminio. La formación de este complejo suele ser irreversible en las condiciones de reacción. Por lo tanto, se necesita una cantidad estequiométrica de AlCl₃ . El complejo se destruye durante el tratamiento acuoso para dar la cetona deseada. Por ejemplo, la síntesis clásica de desoxibenzoína requiere 1,1 equivalentes de AlCl₃ con respecto al reactivo limitante, el cloruro de fenilacetilo. [ 14 ] En ciertos casos, generalmente cuando se activa el anillo de benceno, la acilación de Friedel-Crafts también se puede llevar a cabo con cantidades catalíticas de un ácido de Lewis más suave (por ejemplo, sales de Zn(II)) o un catalizador ácido de Brønsted utilizando el anhídrido o incluso el propio ácido carboxílico como agente de acilación.

Si se desea, la cetona resultante puede reducirse posteriormente al sustituyente alcano correspondiente mediante la reducción de Wolff-Kishner o la reducción de Clemmensen . El resultado final es el mismo que en la alquilación de Friedel-Crafts, excepto que no es posible el rearreglo. [ 15 ]

Hidroxialquilación

Los arenos reaccionan con ciertos aldehídos y cetonas para formar los productos hidroxialquilados, por ejemplo en la reacción del derivado mesitilo del glioxal con benceno: [ 16 ]

Hidroxialquilación de Friedel-Crafts

Como es habitual, el grupo aldehído es un electrófilo más reactivo que la fenona .

Alcance y variaciones

La alquilación de benceno y etileno es una de las reacciones a mayor escala que se practican comercialmente.

Esta reacción está relacionada con varias reacciones clásicas con nombre propio:

Tintes

Las reacciones de Friedel-Crafts se han utilizado en la síntesis de varios colorantes de triarilmetano y xanteno . [ 26 ] Ejemplos de ello son la síntesis de timolftaleína (un indicador de pH) a partir de dos equivalentes de timol y anhídrido ftálico :

Síntesis de timolftaleína

La reacción del anhídrido ftálico con resorcinol en presencia de cloruro de zinc produce el fluoróforo fluoresceína . Sustituyendo el resorcinol por N,N-dietilaminofenol en esta reacción se obtiene rodamina B :

Síntesis de rodamina B

Síntesis de Haworth

La síntesis de Haworth es un método clásico para la síntesis de hidrocarburos aromáticos policíclicos. En esta reacción, un areno reacciona con anhídrido succínico ; el producto resultante se reduce mediante una reducción de Clemmensen o una reducción de Wolff-Kishner . Finalmente, se lleva a cabo una segunda acilación de Friedel-Crafts con adición de ácido. [ 27 ]

Reacción de Haworth

El producto formado en esta reacción se reduce luego de forma análoga, seguido de una reacción de deshidrogenación (con el reactivo SeO₂ por ejemplo) para extender el sistema de anillo aromático . [ 28 ]

Ensayo de Friedel-Crafts para hidrocarburos aromáticos

La reacción del cloroformo con compuestos aromáticos utilizando un catalizador de cloruro de aluminio produce triarilmetanos, que suelen ser de colores brillantes, como ocurre con los colorantes de triarilmetano. Esta es una prueba de laboratorio para compuestos aromáticos. [ 29 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Friedel, C.; Crafts, JM (1877) "Sur une nouvelle méthode générale de synthèse d'hidrocarburos, d'acétones, etc.", Compt. Desgarrar. , 84 : 1392 y 1450 .
  2. ↑ Price, CC (1946). "La alquilación de compuestos aromáticos mediante el método de Friedel-Crafts". Org. React . 3 :1. doi : 10.1002/0471264180.or003.01 . ISBN 0471264180.{{cite journal}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  3. ↑ Groves, JK (1972). "La acilación de Friedel-Crafts de alquenos". Chem. Soc. Rev. 1 : 73. doi : 10.1039/cs9720100073 .
  4. ↑ Eyley, SC (1991). "La reacción de Friedel-Crafts alifática". Compr. Org. Synth . 2 : 707–731 . doi : 10.1016/B978-0-08-052349-1.00045-7 . ISBN 978-0-08-052349-1.
  5. ↑ Heaney, H. (1991). "La reacción bimolecular aromática de Friedel-Crafts". Compr. Org. Synth . 2 : 733–752 . doi : 10.1016/B978-0-08-052349-1.00046-9 . ISBN 978-0-08-052349-1.
  6. ↑ Rueping, M.; Nachtsheim, BJ (2010). "Una revisión de los nuevos desarrollos en la alquilación de Friedel-Crafts: de la química verde a la catálisis asimétrica" . Beilstein J. Org. Chem . 6 (6): 6. doi : 10.3762 / bjoc.6.6 . PMC 2870981. PMID 20485588 .  
  7. ↑ L., Williamson, Kenneth (4 de enero de 2016). Experimentos orgánicos a macroescala y microescala . Masters, Katherine M. (Séptima ed.). Boston, MA, EE. UU. ISBN  9781305577190OCLC 915490547​​ {{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: multiple names: authors list (link)
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  9. ↑Smith, W. T. Jr.; Sellas, J. T. (1952). "Neophyl Chloride". Organic Syntheses. 32: 90. doi:10.15227/orgsyn.032.0090.
  10. ↑Tsai, Tseng-Chang "Disproportionation and Transalkylation of Alkylbenzenes over Zeolite Catalysts". Elsevier Science, 1999
  11. ↑Helmut Fiege; Heinz-Werner Voges; Toshikazu Hamamoto; et al. (2002). "Phenol Derivatives". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a19_313. ISBN 3527306730.
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  20. ↑Smith, M. B.; March, J. (2001). March's Advanced Organic Chemistry. p. 725. ISBN 0-471-58589-0.
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  28. ↑ Menicagli, Rita; Piccolo, Oreste (junio de 1980). "Derivados de α- y β-naftaleno ópticamente activos. 5. Curso estereoquímico de la síntesis tipo Haworth del 2-(1-metilpropil)naftaleno ópticamente activo" . The Journal of Organic Chemistry . 45 (13): 2581–2585 . doi : 10.1021/jo01301a007 . ISSN 0022-3263 . 
  29. ↑ John C. Gilbert, Stephen F. Martin. Brooks/Cole CENGAGE Learning, 2011. pp 872. 25.10 Hidrocarburos aromáticos y haluros de arilo: prueba de clasificación. ISBN 978-1-4390-4914-3

Reacciones de Friedel-Crafts publicadas en Organic Syntheses

  • Alquilaciones:
  • Acilaciones:
    • RE Lutz (1940). "trans-dienzoetileno" (PDF) . Síntesis orgánicas . 20 : 29.
    • LF Fieser (1940). "Ácido β-(3-acenaftoil)propiónico" (PDF) . Síntesis orgánicas . 20 :1.
    • CFH Allen; WE Barker (1932). "Desoxibenzoína" (PDF) . Síntesis orgánicas . 12 : 16.
    • Kamil Paruch; Libor Vyklicky; Thomas J. Katz (2003). "Preparación de 9,10-dimetoxifenantreno y 3,6-diacetil-9,10-dimetoxifenantreno" (PDF) . Organic Syntheses . 80 : 227.
    • Roger Adams; CR Noller (1925). "p-bromoacetofenona" (PDF) . Síntesis Orgánica . 5 : 17.
    • LF Fieser (1925). "β-metiantraquinona" (PDF) . Síntesis orgánicas . 4 : 43.
    • Perry C. Reeves (1977). "Carboxilación de compuestos aromáticos: ácido ferrocenocarboxílico" (PDF) . Síntesis Orgánica . 56 : 28.