Вариант № 6

1. К чему приводит окисление n-цимола разбавленной азотной кислотой:

2. Расшифруйте схему реакций:

На какой стадии образуется продукт окисления?

3. Какие из приведенных соединений являются окисляющими агентами:

3.1 KMnO₄; 3.2 Na(NH₃); 3.3 Se; 3.4 HJ; 3.5 LiAlH₄ ?

4. В каких случаях легче протекает окисление кетонов перманганатом калия:

4.1 нейтральная среда; 4.2 щелочная среда; 4.3 комнатная

температура; 4.4 кислая среда; 4.5 при нагревании.

5. Укажите продукт реакции ацетона с двуокисью селена:

Вариант № 7

1. Расшифруйте схему реакций:

Укажите возможные конечные продукты:

2. К чему приводит окисление мезитилена хлористым хромилом:

3. Укажите продукты реакции окисления диизопропилкетона перманганатом калия в кислой среде:

Приведите механизм реакции.

4. Какое строение имеет углеводород, при окислении которого кислородом в присутствии пятиокиси ванадия образуется фталевый ангидрид:

5. Какие окисляющие агенты при действии на циклогексан позволяют получить бензол:

Вариант № 8

1. Какое соединение образуется при окислении нафтохинона перекисью водорода:

2. Расшифруйте схему превращений:

Укажите формулу продуктов В и Г:

3. При озонировании углеводорода C₇H₁₄ получены ацетон и диметилуксусный альдегид. Какова структурная формула углеводорода:

4. Какие реагенты можно использовать для гидроксилирования алкенов:

4.1 O₃; 4.2 HNO₃; 4.3 PbO₂; 4.4 SeO₂; 4.5 KMnO₄ ?

5. Укажите продукты окислительного аммонолиза пропилена:

Вариант № 9

1. Какие реагенты можно использовать для получения из непредельных углеводородов оксиранов:

1.1 KMnO₄; 1.2 H₂O₂; 1.3 C₆H₅COOH; 1.4 SeO₂; 1.5 CF₃COOH ?

2. Расшифруйте схему превращений:

На какой стадии происходит образование эпоксида?

3. Укажите возможные продукты окисления метилизопропилкетона перманганатом калия в щелочной среде:

Приведите механизм реакции.

4. Какие продукты образуются при окислении циклогексанола двуокисью селена:

5. Приведите механизм электрохимического окисления пропионовой кислоты. Какие продукты могут при этом образоваться:

Вариант № 10

1. Расшифруйте схему превращений:

На какой стадии происходит окисление?

2. Какие соединения можно использовать в качестве дегидрирующих агентов:

3. Какой окислитель необходимо использовать для получения хинонов нафталина и антрацена:

3.1 KMnO₄; 3.2 HNO₃; 3.3 СrO₃; 3.4 CrO₂Cl₂; 3.5 O₃ ?

4. Укажите соединения, образующиеся при окислении мезитилена хлористым хромилом:

5. Какое строение имеет углеводород состава C₆H₁₀, если при разложении водой его азонида был выделен янтарный диальдегид:

IV. Реакции алкилирования и ацилирования органических соединений

Алкилированием называют реакции замещения в нуклеофильном реагенте подвижного атома водорода алкильным радикалом R.

В роли нуклеофильного реагента, подвергающегося алкилированию, могут быть вода, органические и минеральные кислоты, аммиак и амины, фосфины, сероводород и меркаптаны, гидроперекиси, надкислоты и другие. Алкилировать можно также С-Н кислоты: ацетоуксусный эфир, малоновый эфир, ацетилены, нитроалканы, синильную кислоту и другие псевдокислоты и алканы.

К алкилирущим агентам относятся вещества, способные передавать нуклеофильному реагенту карбокатион R⁺: галогеналканы (R-На1), спирты (R-OH), алкены (>C=C<), алкилсульфаты ( , Ar-SO₂-O-R), cоли тетраалкиламмония где А=ОН^-, RCOO^-), соли оксония , диазометан и другие.

В мономолекулярных реакциях типа S_N1 карбокатион образуется как кинетически самостоятельная частица в сольватированном виде. В условиях механизма S_N2 передача катиона R⁺ осуществляется в итоге синхронного разрыва старой связи и образования новой. Алкилирование галогеналканами. Спирты являются слабыми нуклеофилами и практически не реагируют с галогеналканами по механизму S_N2. Поэтому реакцию осуществляют в присутствии оснований (щелочи, алкоголята, карбоната, гидрокарбоната, пиридина, третичного амина и др.), необходимых для повышения нуклеофильности реагента и связывания отщепляющегося галогена. Так, для алкилирования спирта его превращают в более сильный нуклеофил – алкоголят щелочного металла:

Синтез простых эфиров действием галогенопроизводных на алкоголяты и феноляты (реакция Вильямсона) используется для получения простых и смешанных эфиров с алкильными радикалами большей молекулярной массы, чем этил, для получения жирноароматических эфиров. По существу реакция Вильямсона представляет собой классический пример S_N2 замещения у насыщенного атома углерода. Так можно получать как симметричные, так и несимметричные эфиры. Вторичные и, особенно, третичные галоидные алкилы в большей мере склонны к реакциям элиминирования, чем первичные. Это необходимо учитывать при выборе компонентов в синтезе эфиров по Вильямсону. Если простой эфир содержит вторичную или третичную алкильные группы, ее следует вводить с помощью алкоголята, но не алкилгалогенида, поскольку в противном случае преимущественно или исключительно будет происходить Е2-элиминирование. Трет-бутилхлорид, например, в условиях реакции Вильямсона полностью превращается в изобутилен.

Наилучшие результаты достигаются в том случае, когда в качестве алкилирующего агента используются первичные алкил-, аллил- и бензилгалогениды.

Алкоголят или фенолят в сухом виде или растворенный в соответствующем спирте или индифферентном растворителе и галоидный алкил нагревают в колбе с обратным холодильником. В качестве растворителя возможно применение спирта и ацетона. Однако лучшим растворителем для этой реакции является диметилформамид.

Жирноароматические эфиры получают из фенолятов и галоидных алкилов, а не наоборот из-за большей легкости образования фенолятов по сравнению с образованием алкоголятов.

Относительная реакционная способность галогенидов изменяется в ряду иодиды > бромиды > хлориды. Активность галоидопроизводных зависит также от строения алкила, подчиняясь следующим обобщениям:

аллил СН₂=СН-СН₂Х, бензил С₆Н₅СН₂Х, эпиглицерил алкил арил АrХ, винил СН₂=СНХ;

первичные и вторичные галогениды реагирует по механизму S_N2 с уменьшением скорости в порядке СН₃Х > С₂Н₅Х > (СН₃)₂СНХ;

третичные галоидные алкилы вступают в реакции замещения по механизму S_N1 и реагируют быстрее, чем метилгалогенид;

галогениды аллильного и бензильного типа отличаются повышенной активностью; в реакциях S_N1 они образуют резонансно стабилизированный ион;

в бромистом виниле, бромаллене, -метилвинилбромиде атом галоида, находящийся у ненасыщенного атома углерода, очень пассивен вследствие резонанса , связь С-Вr приобретает двойной характер, становится короче и прочнее;

арилгалогениды характеризуются очень низкой реакционной способностью по отношению к нуклеофильным реагентам и поэтому их нельзя использовать, если в кольце не присутствуют сильные электроноакцепторные группы в орто- или пара-положении к галогену;

бромистый пропаргил по активности превосходит бромистый аллил; реакция пропаргилбромида с иодид-иoном представляет прототропное замещение, приводящее к образованию йодистого аллена:

По склонности к реакциям элиминирования галоидные алкилы располагаются в ряд: С₂H₅J > С₂Н₅Br > С₂Н₅С1 > С₂Н₅F, что, вероятно, связано с величиной энергии связи

С-На1. При дегидрогалогенировании галоидных алкилов соблюдается правило Зайцева, если могут образоваться два изомерных алкена:

Образуется более термодинамически стабильный алкен (преимущественно транс-изомер), с большим числом алкильных групп при двойной связи.

Алкинид-ионы в составе ацетиленидов являются сильными нуклеофилами. В реакциях с первичными галогеналкилами они находят широкое применение в органическом синтезе, в частности для получения гомологов ацетилена. Соответствующие реакции рекомендуется проводить в среде диполярных апротонных растворителей (гексаметилфосфотриамид, диметилсульфоксид) или в жидком аммиаке, который применяется для получения ацетиленида.

Однако, поскольку ацетиленид-ионы являются и очень сильными основаниями, показанные выше реакции гладко идут лишь с первичными галогеналканами. Вторичные и третичные галогеналканы подвергаются элиминированию.

Развиваемый в последние годы метод межфазного катализа, основанный на использовании четвертичных солей аммония или фосфония, позволяет проводить реакцию нуклеофильного замещения в несмешивающихся растворителях. Основное назначение этих катализаторов – повысить нуклеофильность реагента. Реакцию проводят в двухфазной системе «вода – органический растворитель». В воде растворяют соль M⁺Y^-, содержащую нуклеофил Y^-, в органическом растворителе растворяют субстрат RX. В отсутствие катализатора межфазного переноса субстрат и нуклеофиль не взаимодействуют. Катализаторы межфазного переноса – соли четвертичного аммония или фосфония Q⁺X^- [например, триэтилбензиламмоний-бромид , тетрафосфонийгалогениды ] содержат липофильные катионы и способны растворяться как в воде, так и в органическом растворителе. Пари добавлении в реакционную массу небольшого количества катализатора происходит реакция между солью Q⁺X^- и растворенной в воде солью M⁺Y^-:

Образовавшаяся соль в виде ионной пары переходит из водной фазы в органическую и устанавливается равновесие: .

В органической фазе осуществляется взаимодействие нуклеофила с субстратом RX, уходящая группа X^- образует с катионом Q⁺ ионную пару. Диаграмма межфазного катализа:

В условиях межфазного катализа, например, скорость гидролиза галогеналкилов увеличивается в 10⁴-10⁸ раз. При этом по реакционной способности алкилгалогениды располагаются в ряд RCl > RBr > RI, т.е. в порядке, обратном наблюдаемому в реакциях без применения катализаторов межфазного переноса.

Существенное увеличение скорости реакции по механизму S_N2 достигается добавлением к реакционной смеси каталитических количеств макроциклических полиэфиров, координационно связывающих катионы, например полиэфира 18-краун-6, координирующего катионы К⁺ или Na⁺. Такие эфиры образуют растворимый в органическом растворителе комплекс с ионом металла и таким образом переносят в органическую фазу катион, а вместе с ним и соответствующий анион. В присутствии краун-эфиров можно осуществить реакции, которые в его отсутствие не идут, например, реакцию октилбромида с фтором калия в бензоле:

В качестве катализаторов межфазного переноса используют также соли с липофильными катионами, которые хорошо переносят анионы в органическую фазу. В условиях межфазного катализа реакции нуклеофильного замещения осуществляются в мягких условиях и мало осложняются побочными процессами.

Алкилирование спиртами. Спирты становятся алкилирующими агентами в присутствии кислотных катализаторов (Н⁺ и кислот Льюиса). Роль сильной кислоты состоит в превращении плохо уходящей группы – гидроксид-иона – в хорошо уходящую группу – молекулу воды.

Механизм последующего нуклеофильного замещения зависит от природы радикала спирта. Для первичных спиртов реализуется S_N2 - механизм замещения воды в катионе алкоксония на нуклеофил. Примеры: I. Алкилирование спирта 2. Алкилирование Н₂О₂ 3. Алкилирование аммиака

Спиртами нельзя алкилировать карбоновые кислоты, поскольку в этих условиях будет происходить ацилирование спирта, который выступает в данных условиях в роли нуклеофильного агента.

Таким образом, нуклеофильное замещение гидроксильной или алкоксильной группы начинается с предварительной протонизации:

в результате чего увеличиваются электронный дефицит (электрофильность) -углеродного звена и способность последнего к нуклеофильной атаке, уменьшается энергия отрыва молекулы воды по сравнению с гидроксильной группой. По этой причине все реакции нуклеофильного замещения в спиртах и простых эфирах катализируются кислотами.

Для спиртов одной из важнейших реакций замещения является этерификация неорганическими кислотами:

(S_N1 или S_N2)

где X - остатки галогеноводородных, серной, азотной, борной кислот. Многоосновные кислоты дают как кислые, так и средние эфиры.

Так, при постепенном добавлении конц. серной кислоты к этанолу при охлаждении образуется этилсерная кислота:

При нагревании моноалкилсульфата при пониженном давлении образуется диалкилсульфат:

При низкой температуре этилсерная кислота устойчива, при нагревании распадается:

Повышение температуры благоприятствует и образованию эфира и элиминированию. Избыток спирта способствует образованию эфира, избыток кислоты - этерификации. Реакционная способность спиртов понижается c увеличением длины цепи атомов углерода; скорость этерификации возрастает при переходе от первичных спиртов к третичным. Степень эфирообразования зависит, кроме того, от структуры спирта: тенденция к образованию симметричного простого эфира у третичных спиртов ничтожна из-за пространственных затруднений.

Таким образом, наряду с эфирами серной кислоты происходит образование алкенов - продуктов внутримолекулярной дегидратации спиртов:

Дегидратация вторичных и третичных спиртов происходит при действии менее концентрированной серной кислоты, соответственно, 62- и 46%-ной, при 90-95°С. Дегидратация осуществляется в соответствии с правилом Зайцева. В процессе дегидратации может состояться полимеризация образующихся алкенов. При использовании серной кислоты в качестве водoотнимающего средства следует помнить об её окислительных к обугливающих свойствах. Применяя вместо серной кислоты сульфокислоты, можно получать простые эфиры высших спиртов, побочные реакции при этом протекают незначительно. Для дегидратации спиртов в гомогенной среде можно использовать другие минеральные и органические кислоты, их соли и производные: H₃PO₄, HPO_3, KHSO₄, MgSO₄, P₂O₅, POCl₃, п-толуолсульфокислоту, безводную щавелевую кислоту.

Практически одна весовая часть серной кислоты обеспечивает получение 200 весовых частей эфира. При дегидратации высших спиртов в присутствия серной кислоты преимущественно образуются алкены.

Серная кислота используется для получения диоксана из этиленгликоля и тетрагидрофурана из бутандиола-1,4. Этим способом получают простейшие простые эфиры - диэтиловый, дипропиловый и дибутиловый эфиры и циклические простые эфиры, например, тетрагидрофуран и диоксан. Вторичные и третичные спирты в этих условиях дегидратируются с образованием алкенов.

Этот способ неприемлем для получения несимметричных эфиров из двух спиртов, так как при этом образуется смесь трех возможных продуктов ROR, R'OR, R'OR'. Дегидратация α-двутретичных гликолей (пинаконов) в присутствии серной кислоты сопровождается изомеризацией (пинаколиновая перегруппировка) и образованием кетона - пинакона; образования внутримолекулярного простого эфира - эпокиси - не происходит:

Весьма эффективна дегидратация в гетерогенных условиях. Катализаторами являются окислы различных металлов А1₂0₃, ТhО₂, Тi0₂, W₂O₅, их смеси, некоторые соли Са₃(Р0₄)₂, КА1(S0₄)₂, алюмосиликаты:

80% выход

Алкилирование алкилсульфатами. Акилирующая способность спиртов повышается при протонировании оксигруппы, а также при замене атома водорода в спиртовой группе на электроноакцепторные группировки -РНа1₂. –PНаl₄, -SO₃H, -SO₂C₆H₄-CH₃.

Это, во-первых, увеличивает положительный заряд на α-атоме углерода; во-вторых, остатки серной и сульфоновых кислот являются хорошими уходящими группами, поскольку обладают низкой энергией, так как отрицательный заряд в сульфат- и сульонат-анионах мезомерно делокализован по всей сульфонильной системе. Поэтому алкилсульфаты, алкилсульфонаты широко используются как активные агенты в реакциях алкилирования спиртов, фенолов, карбоновых кислот, аминов, меркаптанов, малонового эфира, для получения нитрилов, нитросоединений и др.

Чаще других применяют диалкилсульфаты (RO)₂SO₂, эфиры метансульфоновой (мезилаты) CH₃-SO₂OR, трифторометансульфоновой (трифлаты) CF₃-SO₂OR п-толуолсульфоновой (тозилаты) п-СН₃-C₄H₄-SO₃R, п-бромбензолсульфоновой (брозилаты) п-Вr-C₄H₄-SO₂OR кислот, где R = -СHз, -С₂Н₅.

Диалкилсульфаты реагируют с большим числом нуклеофильных реагентов, при этом в реакцию вступает только одна алкильная группа, так как образовавшаяся соль или моноалкилсульфат в меньшей степени, чем диалкилсульфат, способна к реакциям нуклеофильного замещения:

Диалrилсульфаты и сульфонаты по алкилирующей способности превосходят алкилгалогениды. Так, при взаимодействии тозилата этиленхлоргидрина с фталимидом калия замещается не атом хлора, а остаток п-толуолсульфокислоты:

Особенно удобен в качестве метилирующего агента диметилсульфат: обладает высокой реакционной способностью, дешев, нелетуч (т.к.188⁰). При необходимости работать при повышенных температурах не требуется сложной аппаратуры в отличие от синтезов с применением метилиодида (т.к. 42°).

Часто используют диалкилсульфаты для алкилирования фенолов, которые, в отличие от спиртов, обладают достаточной кислотностью для растворения в водных щелочах; образовавшийся фенолят алкилируется. Например, при взаимодействии диметилсульфата с феноксидом натрия образуется метиловый эфир фенола (анизол):

При продолжительном кипячении можно брать только 0,5 моля диметилсульфата, в реакцию вступает вторая метильная группа.

Применение тозилатов спиртов в качестве алкилирущих агентов имеет преимущество в том, что тозилаты даже разветвленных и непредельных спиртов алкилируют без перегруппировок углеродного скелета.

Алкилирование алкенами. Алкилирование алкенами осуществляют в присутствии кислотных катализаторов: концентрированной Н₂SО₄, безводной НF, А1С1₃, ВF₃ при невысокой температуре. Этилен не вступает в эти реакции; метан, этан не алкилируются. Пропилен и изобутан реагируют в присутствии кислого катализатора по схеме:

Механизм алкилирования: протон кислоты присоединяется по правилу Марковникова к алкену, образуя малоустойчивый карбкатион, например который вырывает гидрид-ион из изобутана и дает более стабильный карбкатион . Реакция осложняется возможной атакой олефина катионом , изомеризацией образовавшегося катиона с перемещением гидрид-иона и, соответственно, катионного центра, так что в итоге образуется смесь продуктов. Карбкатион присоединяется к новой молекуле алкена, образуя более сложный карбкатион:

который стабилизируется, вырывая гидрид-ион из новой молекулы изобутана; гетеролитическая цепная реакция продолжается:

и т.д.

При алкилировании изобутана изобутиленом образуется изооктан, , октановое число которого принято за 100.

Другие примеры реакций алкилирования алкенами.

1. Алкилирование серной кислоты:

2. Алкилирование спиртов. Действием спиртов на алкены в присутствии кислотных катализаторов успешно получают несимметричные простые эфиры.

Алкилирование диазоалканами. Простым способом получения алкиловых эфиров является действие диазоалканов на кислоты и гидроксисоединения:

На практике используют только диазометан для синтеза метиловых эфиров, так как из диазоалканов только диазометан является доступным, хотя взрывчатым и ядовитым соединением. На скорость реакции с диазосоединением влияет, прежде всего, кислотность алкилируемого соединения. Алифатическое диазосоединение обладает нуклеофильными свойствами. Углеродный атом, соединенный с диазогруппой, является основным центром, легко поддающимся действию протона, в результате чего устраняется способность к сопряжению диазогруппы с остальной частью молекулы; немедленно и необратимо выделяется бедная энергией молекула азота. При этом образуется очень активный алкилкатион, который стабилизируется присоединением нуклеофильного реагента:

С диазоалканами легче всего реагируют кислоты, труднее - фенолы и енолы, а спирты реагируют только в присутствии кислот Льюиса (ВF₃, HBF₄, ZnCl₂ и др.), повышающих кислотность окси-групп в результате образования ансольво-кислот:

Реакция с диазометаном идет в мягких условиях:

Выход почти количественный, поэтому реакция используется для метилирования соединений, стоимость которых высока или которые доступны лишь в малых количествах. Поскольку метильный катион не создает пространственных препятствий, диазометаном можно метилировать и пространственно затрудненные соединения.

Алкилирование оксониевыми солями. Оксониевые соединения образуются из простых эфиров в результате следующих реакций:

Роль галогенидов BF₃ и SbCl₅ заключается в гетеролитическом отщеплении галоида от алкилгалогенида и связывании его и исключительно прочный анион. Триалкилоксониевые соединения с комплексными анионами - твердые, вполне устойчивые солеобразные соединения. При попытке заменить анион в оксониевых солях на анион какой-либо обычной кислоты, то есть при взаимодействии с кислотами или их солями и даже водой оксониевые соли распадаются с образованием простого эфира и алкилированного аниона:

Триалкилоксониевые соли являются самими активными алкилирующими средствами, более сильными, чем алкилгалогениды и диалкилсульфаты и легко алкилируют даже слабые нуклеофилы.

Алкилирование по Фриделю-Крафтсу. Ароматические углево- дороды легко алкилируются под действием самых разнообразных алкилгалогенидов, аллилгалогенидов, бензилгалогенидов и триарилметилгалогенидов в присутствии AlCl₃ или AlBr₃, а также FeCl₃ или FeBr₃ при 0-25^оС или при более высокой температуре. Алкилгалогениды могут быть настолько поляризованы кислотами Льюиса (хлоридами железа, алюминия, цинка, BF₃ и др.), что становятся способными к электрофильному замещению в ароматическом ядре.

I II

Поляризация связи R-Х, происходящая с образованием комплекса, возрастает от первичных к третичным алкилгалогенидам, следовательно, электрофильная активность увеличивается в этой же последовательности. Комплексы с первичными алкилгалогенидами отвечают сильно поляризованной форме, а поляризация третичных алкилгалогенидов приводит к образованию ионной формы (II), где имеются сольватированные, а не свободные ионы. Реакционная способность уменьшается от алкилфторидов к алкилиодидам, так как образование комплекса с кислотой Льюиса затрудняется с ростом радиуса галогена.

Наряду с алкилгалогенидами в качестве алкилирующих средств применяются алкилтозилаты, спирты и олефины. Реакция с олефинами протекает в соответствии с правилом Марковникова. При алкилировании спиртами и алкенами в качестве катализаторов используют протонные и льюисовские кислоты. Их активность изменяется в рядах:

Указанные ряды падения активности не являются абсолютными, так как активность зависит также от условий реакции и структуры реагирующих соединений.

Спирты требуют в качестве катализаторов молярных количеств кислот Льюиса, так как вода, образующаяся при реакции, дезактивирует эквимолекулярное количество катализатора, в то время как при реакции алкилгалогенида достаточно небольших количеств катализатора.

Алкилирование н-олефинами ведет к смеси вторичных алкиларенов, поскольку промежуточно образующийся карбкатион изомеризуется. Перегруппировку могут претерпевать также алкильные группы, уже находящиеся в ароматическом кольце. Однако такие превращения проходят только в жестких условиях. Кроме спиртов и алкенов для алкилирования ароматических систем довольно широко используется формальдегид. Так в присутствии минеральных кислот реакция бензола с формальдегидом приводит к дифенилметану с высоким выходом (при использовании 85%-ной серной кислоты выход составляет 80%).

Алкилирование аренов по Фриделю-Крафтсу как синтетический метод имеет три серьезных недостатка, ограничивающих его применение в органическом синтезе. Один из них заключается в том, что первоначально образующийся продукт алкилирования более реакционноспособен, чем исходный арен. Поэтому алкилирование аренов алкилгалогенидами при соотношении реагентов, близком к эквимольному, приводит к образованию значительного количества продуктов полиалкилирования. В этом отношении алкилирование сильно отличается от нитрования и галогенирования. Для того, чтобы свести полиалкилирование к минимуму, используют большой избыток ароматического углеводорода. В этом случае он исполняет роль и реагента, и растворителя.

Другой недостаток метода алкилирования по Фриделю-Крафтсу связан с изомеризацией алкилирующего агента в ходе реакции, в результате чего образуется смесь изомерных продуктов алкилирования. Классическим примером является алкилирование бензола н-пропилхлоридом, где получается смесь н-пропил- и изопропилбензолов, в которой изомеризованный продукт оказывается доминирующим.

Изопропилбензол получается в результате изомеризации 1-хлорпропана в 2-хлорпропан под действием кислоты Льюиса.

Вторичные алкилгалогениды в реакции алкилирования ароматических углеводородов более реакционноспособны, чем первичные, поэтому доля изомеризованного продукта оказывается выше, чем алкилбензола с первичной алкильной группой. Таким образом, из первичных алкилгалогенидов образуется смесь первичных и вторичных алкилбензолов. По этой причине н-алкилбензолы целесообразно получать не алкилированием, а ацилированием аренов по Фриделю-Крафтсу с последующим восстановлением жирно-ароматических кетонов по Клемменсену. Третье ограничение, препятствующее применению реакции алкилирования по Фриделю-Крафтсу, связано с миграцией алкильных групп в конечном продукте реакции. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу относится к немногочисленной группе обратимых реакций электрофильного ароматического замещения, подчиняющихся термодинамическому контролю, когда в продуктах реакции преобладает более стабильные 1,3-диалкил- или 1,3,5,-триалкилбензолы. Например, при алкилировании п-ксилола 2-хлорпропаном, наряду с ожидаемым продуктом 2,5-диметилкумолом получается и 3,5-диметилкумол.

Алкилирование можно проводить и внутримолекулярно, что составляет одно из наиболее важных синтетических приложений этой реакции. Циклизация происходит только в том случае, когда образуется новый шести- или пятичленный цикл.

Ароматические соединения, содержащие электроноакцепторные заместители -NO_2, -NO, -CN, -COOR и др., не алкилируются в условиях реакции Фриделя-Крафтса. Ароматические амины и фенолы связывают кислоты Льюиса в нереакционноспособный донорно-акцепторный комплекс, где неподеленная пара электронов кислорода или азота координируется с атомом металла кислоты Льюиса. Поэтому для алкилирования этих соединений в ароматическое ядро используют другие методы.

Наиболее дешевыми реагентами для алкилирования аренов в промышленном масштабе являются алкены - этилен, пропилен, изобутилен и др. Эти реакции лежат в основе крупнотоннажного производства этилбензола, кумола. Типичными катализаторами таких процессов служат системы HCl - AlCl₃, или HF - BF₃; H₃PO₄, HF.

Наряду с моноалкилбензолами всегда образуются продукты диалкилирования.

Эпоксиды, эпихлоргидрины как агенты алкилирования. Для синтеза эпоксидов широко используются два способа:

1. Внутримолекулярное алкилирование галогеналканолов в присутсвии сильных оснований:

Реакция по существу представляет вариацию синтеза Вильямсона.

2. Эпоксидирование по Прилежаеву с помощью пероксидов:

Связь С-0 в эпоксидах разрывается легко. Присутствие кислот повышает реакционную способность эпоксидов, так как увеличивает полярность связи и электрофильность атомов углерода при этой связи в результате протонирования атома кислорода:

Как и при электрофильном присоединении к двойной связи, реакция осуществляется как транс-присоединение.

Этиленоксид может быть получен хлоргидринным методом и прямим окислением этилена:

Благодаря легкости раскрытия цикла, этиленоксид широко применяется в реакциях алкилирования воды, аммиака, синильной кислоты, аренов, спиртов для получения мономеров, растворителей, поверхностно-активных веществ.

Эпихлоргидрин (3-хлор-1,2-эпоксипропан) можно получить из аллилхлорида хлоргидринным методом:

Молекула эпихлоргидрина содержит две активные группировки - эпоксидную и связь

С-Cl и легко вступает с отщеплением хлора в реакции алкилирования фенолов с образованием эпоксидных смол; легко гидролизуется в глицерин.

Алкилирование аммиака и аминов. Реакции алкилирования аминов представляют собой типичный пример реакций S_N2, в которых в качестве нуклеофила выступают нейтральные молекулы аммиака или амина. Эти реакции ускоряются полярными растворителями, как протонными (спирты, карбоновые кислоты), так и апротонными (ацетон, диметисульфоксид). Аммиак, амины обладают большей по сравнению со спиртами нуклеофильностью и легко алкилируются галогеналканами, алкилсерными кислотами, диалкилсульфатами. На первой стадии образуются соли алкиламмония, которые при взаимодействии с аммиаком дают алкиламин.

Образующийся на первой стадии первичный амин, будучи более сильным основанием, конкурирует с аммиаком за следующую молекулу галогеналкана, образуя соль диалкиламмония. Поэтому образуется смесь первичных, вторичных и третичных аминов, что является серьезным недостатком метода. Более того, при применении избытка галогеналкана третичный амин подвергается дальнейшему алкилированию с образованием четвертичной аммониевой соли.

Применяя большой избыток аммиака, либо добавку хлорида или карбоната аммония, можно увеличить выход первичного амина. Для получения солей тетраалкиламмония лучше алкилировать третичный амин.

Взаимодействием анилина с галогеналканами получают вторичные и третичные алкилароматические амины.

Поскольку анилин менее нуклеофилен, чем алкиламины, его моноалкилирование удается провести более избирательно, т.е. с меньшим количеством продуктов ди- и переалкилирования. Например, анилин в водном растворе гидрокарбоната натрия при 90-95 ⁰С реакцией с бензилхлоридом может быть превращен в N-бензиланилин с выходом 85%.

В качестве алкилирующего агента удобно применять и алкилтозилаты.

В промышленности амины получают аммонолизом спиртов в присутствии катализаторов дегидратации (Al₂O₃, SiO₂, ThO₂ и т.п.) при 300-500 ⁰С. При этом образуется смесь первичных, вторичных и третичных аминов. Для алкилирования каталитическим способом над Al₂O₃ при 300°С можно использовать спирты, диалкиловые, циклические эфиры:

Этот метод применяют для производства N-алкил- и N,N-диалкиланилинов. Обычно в таких случаях алкилирование спиртами ведут в присутствии кислот.

Легко алкилируются аммиак и амины с помощью эпоксидов (оксиранов):

Соответствующим образом замещенные четвертичные аммониевые соли под действием сильных оснований подвергаются перегруппировке: заместитель перемещается от атома азота к α-углеродному атому по схеме:

Под действием основания от α-углеродного атома отрывается протон, образовавшийся нуклеофильный центр алкилируется бензильной группой с перемещением её от аммонийного атома азота.

Соли тетраалкиламмония при низких температурах могут алкилировать бензольное ядро:

Путем ряда последовательных превращений N-замещенного бензилдиметиламина в четвертичное основание и перегруппировок можно получить полностью метилированный бензиламин.