На примере галогенидов алюминия

В 1877 году Чарльз Фридел и Жеймс Масон Крафтс опубликовали статью [1] о каталитическом ацилировании углеводородов в присутствии металлгалогенидов, приводящее к кетонам и впоследствии получившее название «Реакция Фриделя-Крафтса» и широко применяемое в органическом синтезе. Реакцией Фриделя-Крафтса в настоящее время синтезируют ароматические кетоны, сами по себе используемые в различных отраслях народного хозяйства или служащие в качестве исходных веществ для получения ценных препаратов [2-4]. Так, например, бензоилированием ксилола получены стабилизаторы пластмасс УФ-облучения [5]. Реакция изо-бутилбензола с уксусным ангидридом, приводящая к селективному образованию п-ацетил-изо-бутилбензола, используется в синтезе такого важного противовоспалительного средства как ибупрофен [6].
Реакция Фриделя-Крафтса имеет огромную роль в синтетической органической химии в познании процессов протекания ее, выявлении закономерностей их и имеет важное значение для решения теоретических вопросов органической химии.
Изучая реакцию возможных превращений бензоилхлорида в бензоле в присутствии цинка авторы [1] обнаружили, что вместо ожидаемого дибензоила образуется бензофенон.

За истекший более 130 лет реакция Фриделя-Крафтса изучали с очень большим набором ароматических и гетероциклических соединений. В настоящее время известны реакции ацилирования в гомогенной, гетерогенной системах на цеолитах, клеях, оксидах металлов, сульфатированных циркониях, гетерополикислотах в галоид-, нитроалканах, дигалоидалканах, нитробензоле, ацетонитриле, толуолсульфокислоте, трифторуксусной кислоте, ангидридах и др. [7]. По нинешным представлениям реакция аренов с галоидангидридами кислот в присутствии катализатора начинается с образования высокоэлектрофильного реагента 1 (на примере галогенидов алюминия):



При ацилировании ароматических соединений по Фриделю-Крафтсу ацильная группа направляется в следующие положения гомологов бензола [8]:

№	Соединения	Положения входящей ацильной группы
1	Толуол	4
2	1,2-Диметилбензол (о-ксилол)	4
3	1,3-Диметилбензол (м-ксилол)	4
4	1,4-Диметилбензол (п-ксилол)	6
5	1,3,5-Триметилбензол	2
6	1,2,4-Триметилбензол	5
7	1,2,3,4-Тетраметилбензол	5
8	Анизол	4
9	Этоксибензол	4
10	1,2-Диметоксибензол	4
11	1,3-Диметоксибензол	6
12	1-Метокси-4-трет.бутилбензол	2
13	4-Метоксибензофенон	3
14	2,4-Диметоксибензофенон	5
15	Дифенилоксид	4
16	Дифенил	4
17	Нафталин	1
18	2-Метилнафталин	1
19	2-Метоксинафталин	1
20	Резорцин	6
21	Пентаметилбензол	1

Ацилирование ароматических соединений по Фриделю-Крафтсу карбоновыми кислотами в присутствии металлов проведено с применением избытка трифторуксусного ангидрида в смеси с полифосфорной кислотой [9, с.29]. Реакция идет с образованием алкиларил- кетонов. Использование уксусной кислоты дает с анизолом 4-метоксиацетофенон с выходом 66 %. При ацилировании же пентаметилбензола целевой продукт был получен только с 23 %-ным выходом.

В данной реакции на первой стадии происходит образование смешанного ангидрида из кислоты и трифторуксусного ангидрида по схеме (на примере уксусной кислоты):

Этот ангидрид был выделен и структура его охарактеризована с помощью ИК-спектров [10, с.29]. Следует отметить, что ацетилирование можно провести и в отсутствии полифосфорной кислоты. Однако при этом требуется более длительное нагревание реакционной смеси, причем выход целевого продукта низкий.
В качестве катализаторов для ацилирования по Фриделю-Крафтсу можно использовать фосфорную кислоту, которая активирует процесс, приводя к большей активации образования ковалентной связи и следовательно увеличивает активность средних кислот [11, с.29]. При этом трифторуксусный ангидрид, реагируя с кислотой и фосфорной кислотой, образует соответствующей ацил бис(трифторацетилфосфат) (4), который является сильным ацилирующим агентом.
На первой стадии этого процесса происходит образование смешенные ангидриды из карбоновой кислоты и трифторуксусной кислоты (1).

Они реагируют с фосфорной кислотой, образуя ацилфосфорные кислоты (2).

Взаимодействия 2 с еще одной молекулой трифторуксусного ангидрида дает ацилтрифторацетилфосфорные кислоты (3).

Последовательное ацилирование 3 трифторуксусным ангидридом приводит к образованию 4.



Сильная ацилирующая активность соединений 4 определяется тем, что реакция ацилирования идет в очень мягких условиях (при 10⁰С).
Ацилирование аренов можно провести также в 85%-ной фосфорной кислоте в отсутствии растворителя. Так, реакция аренов арилуксусными кислотами [12, с.29] идет при 50⁰С. Продолжительность ее составляет от 0,5 до 3-х часов.

Вышеприведенный метод ацилирования по Фриделю-Крафтсу с использованием кислот и трифторуксусного ангидрида, т.е. через промежуточное образование ацилтрифторацетатов в момент образования, используется в крупномасштабных синтезах соответствующих кетонов [13, с.29].

Для ацилирования ароматических соединений могут быть использованы также эфиры карбоновых кислот. Реакция идет в присутствии трифликовой кислоты (TfOH) [14, с.29]. Так, ацилирование бензола, хлор-, фторбензолов, толуола, анизола, о-ксилола, нитробензола, трифторбензола метилбензоатом дает бензофенон (75%), п-хлор-, -фторбензофеноны (78 и 85% соответственно), п-метил-, -метоксибензофеноны (70 и 93% соответственно), 3,4-диметил-, м-нитро- и –трифторметилбензофеноны (76, 82, 84% соответственно). При этом ориентирующая способность заместителей строго соблюдается. Полученные данные показивают, что ориентанты первого рода (Cl, F, CH₃, OCH₃) направляют реакцию в п-положение, в то время как при наличии нитро- и трифторметильных групп замещение происходит в м-положении.



Необходимо подчеркнуть, что использование бензойной кислоты вместо метилбензоата не дает каких либо результатов.
Механизм реакции включает протонирование атома кислорода метилбензоата на начальной стадии:

Образующийся карбкатион (1) может сушествовать в равновесии с другим катионом (2)

Монокатион 1, а также дикатионы 5,6 являются эффективными ацилирующими ионами и гладко реагируют с указанными выше ароматическими соединениями, приводя к соответствующим фениларилкетонам с высоким выходами.

Ацилирование аренов по Фриделю-Крафтсу приведено ацилхлоридами в присутствии смеси хлористого алюминия и хлорида лития в хлористом метилене [16, с.29]. В эту реакцию подвернуты дифторбензол, толуол, дифениловый эфир и др. В качестве хлорангидридов кислот использовани ацетилхлорид, бензоилхлорид, п-хлорбензоилхлорид, фосген, дихлорангидрид терефталевой кислоты и др., причем выходы продуктов моно и диацилирования были выше 94%. Реакция идет в очень мягких условиях (-15⁰С, 1-12ч)

Ацетилирование изо-бутилбензола уксусным ангидридом проведено в присутствии катализатора BF₃ в безводном диоксиде серы при -40⁰С с дальнейшим нагреванием содержимого в автоклаве при 22⁰С в течение 2 часов [17, с.29]. В реакцию вступают различные ароматические соединения (алкилароматические, нафталины, дифениловые эфиры и тиоэфиры).

Подобное ацилирование уксусной кислотой имеет место при взаимодействии её с 2-замещенными 1,3-диметоксиаренами. Реакция приведена в присутствии бромистоводородной кислоты в качестве катализатора [18,19, с.29].



Однако при этом были получены 2-замещенные 6-ацетилрезорцины. Образование последных обусловлено деметилированием метоксигрупп под действием бромистоводородной кислоты.