2. Особенности технологии алкилирования аренов по Фриделю-Крафтсу

Условия проведения С-алкилирования аренов по Фриделю-Крафтсу определяются структурой субстрата и типом алкилирующего агента.

Алкилирование аренов алкилгалогенидами используется наиболее широко и проводится в безводном инертном растворителе (например, нитробензоле) или в избытке субстрата в присутствии кислот Льюиса:

Активность алкилгалогенидов увеличивается от первичных к третичным.

Кислота Льюиса определяет, во-первых, строение и полярность электрофильной частицы, атакующей арен. При ее взаимодействии с алкилгалогенидом образуются поляризованный комплекс, ионная пара или карбокатион:

В связи с этим, во-вторых, кислота Льюиса, определяет скорость реакции, состав продуктов реакции и возможность изомеризации алкилгалогенида и продукта реакции.

Например, состав продуктов метилирования толуола метилбромидом и метилиодидом в одних и тех же условиях разный, поэтому можно предположить, что реакция протекает с участием разных электрофильных частиц. Если бы частицей был катион СН₃⁺, состав продуктов был бы одинаков:

Активный катализатор в большей степени образует карбокатион, который до взаимодействия с ареном успевает изомеризоваться в более устойчивый. В случае малоактивного катализатора основной атакующей частицей является поляризованный комплекс, и изомеризация алкила не наблюдается. Например, при алкилировании бензола неопентилхлоридом в присутствии AlCl₃ образуется трет.пентилбензол, а в случае FeCl₃, — неопентилбензол:

Хлористый алюминий практически всегда вызывает изомеризацию углеродной цепи галогеналкилов.

Алкилирование аренов геминальными ди-, три- и тетрагалогенидами идет в тех же условиях, что и с алкилгалогенидами, с образованием ди- и трифенилметана и их производных:

Однако четыре фенильных ядра к одному атому углерода не присоединяются:

Алкилирование аренов алкенами ведут в присутствии протонных или апротонных кислот в безводном инертном растворителе или в избытке субстрата аналогично алкилированию галогенидами.

Образование электрофильных частиц проходит по схеме:

Согласно другой точке зрения кислота Льюиса в присутствии протонсодержащих веществ (следы воды, спирт и др.) сначала превращается в протонную кислоту, которая и катализирует процесс:

Радикалы при двойной связи повышают ее нуклеофильность и скорость взаимодействия с катализатором, поэтому, чем больше радикалов, тем активнее алкены в реакциях с аренами.

Этим способом получают этил- и изопропилбензол (из бензола, этилена и пропилена), который служит сырьем для синтеза органических веществ.

Алкилированием бензола неразветвленными, содержащими от 10 до 15 атомов углерода алкенами (или алкилхлоридами) в присутствии фтороводорода или хлорида алюминия, с последующим сульфированием образовавшихся продуктов, получают биологически мягкие поверхностно-активные вещества:

Алкилирование аренов спиртами применяют сравнительно редко, и ведут в присутствии сильных протонных кислот (серной и фосфорной), а также хлорида алюминия, алюмосиликата и др. Реакцию проводят как в жидкой, так и в паровой фазе.

Электрофильные частицы образуются по следующим схемам:

или

Реакционная способность спиртов в этих реакциях увеличивается от первичных к третичным.

В качестве примеров можно привести синтез бутилоксианизола, который ведут в присутствии фосфорной кислоты, и метилирование фенола метанолом в парах:

Иногда вместо спиртов используют их сложные эфиры. Так, алкилирование бензола проводят -бутиролактоном в присутствии хлорида алюминия:

3. С-Алкилирование алифатических субстратов

Алкилирование алифатических соединений по атому углерода часто встречается в химической промышленности.

В синтезе лекарственных веществ среди других методов наибольшее значение имеет алкилирование малонового (МЭ), ацетоуксусного (АУЭ), циануксусного эфиров (ЦУЭ) и других подобных соединений. Общая химическая схема алкилирования этих веществ может быть представлена следующим образом:

При последовательном действии на малоновый (ацетоуксусный, циануксусный) эфир металлического натрия или алкоголята натрия и алкилгалогенида один или оба водорода метиленовой группы замещаются на атомы натрия, а затем на радикал.

Замещенный малоновый эфир после гидролиза и декарбоксилирования превращается в одноосновные и двухосновные кислоты. Расщепление производных ацетоуксусного эфира концентрированной щелочью приводит к кислотам, а разбавленными щелочами или кислотами — к кетонам.

Механизм алкилирования чаще всего рассматривают как нуклеофильное замещение, уходящей группы в алкилирующем реагенте (S_N2) либо присоединению по двойной связи и др.

Алкилирующими агентами в этой реакции чаще всего являются алкилгалогениды, непредельные соединения и диметилсульфат.

Например, этилбромидом алкилируют малоновый эфир и этиловый эфир фенилциануксусной кислоты:

Диметилсульфатом в присутствии алкоголятов алкилируют бензилиденцианоуксусный эфир:

При получении -формилмасляной кислоты малоновый эфир алкилируют акролеином в среде четыреххлористого углерода в присутствии метилата натрия: