واکنش درون مولکولی Friedel-Crafts

ما در این پست واکنش درون مولکولی Friedel-Crafts را بررسی می کنیم. اما اول، یک تجدید بسیار سریع در واکنش های درون مولکولی به طور کلی.

1. خلاصه سریع: واکنش های درون مولکولی می تواند مشکل باشد

در اینجا یک فرمول فوری برای یک سوال امتحانی شیمی آلی آورده شده است.

با یک واکنش ساده شروع کنید که دانش‌آموزان نسبتاً خوب آن را درک می‌کنند، مانند سنتز ویلیامسون اتر….

(به طرز عجیبی برای یک هدف خوب کشیده شده است)

… اکنون، فقط با اضافه کردن یک پیوند، یک اصلاح ساده ایجاد کنید. وویلا استپر فوری!

سوال دوم بالا نمونه ای از واکنش درون مولکولی است که در آن هسته دوست و الکتروفیل روی یک مولکول قرار دارند و نتیجه واکنش آنها تشکیل حلقه است. در پست های گذشته در مورد این موضوع، من از تشبیه یک کمربند استفاده کرده ام. هنوز هم کار می کند.

چرا واکنش های درون مولکولی سوالات امتحان خوبی هستند؟ زیرا آنها دانش‌آموزانی را که واکنش‌ها را یاد می‌گیرند با به خاطر سپردن جدولی از مثال‌های ساده و آن‌هایی که واقعاً می‌دانند (و مهم‌تر از همه، می‌توانند اعمال کنند!) الگوی پیوندها و شکسته شدن پیوندها را مرتب می‌کنند. علاوه بر این، هیچ مفاهیم جدیدی را شامل نمی شود، که آن را کاملاً منصفانه می کند.

[شما فکر می کنید که من دارم با کامنت “مستقل فوری” شوخی می کنم؟ من نیستم. همانطور که یکی از دانشجویان به یادماندنی می گوید، “واکنش های درون مولکولی باعث می شود که در وضعیت جنین مچاله شوم و برای مادرم گریه کنم”]

انواع درون مولکولی برای بسیاری از واکنش‌های مختلف وجود دارد، و آنقدر اغلب مطرح می‌شود که ارزش ذکر جداگانه دارد. واکنش های آلکیلاسیون فریدل کرافت و آسیلاسیون فریدل کرافت از این قاعده مستثنی نیستند.

2. آلکیلاسیون فریدل کرافت درون مولکولی

در اینجا نمونه ای از آلکیلاسیون بین مولکولی Friedel-Crafts آورده شده است. هسته دوست حلقه معطر و الکتروفیل آلکیل کلرید است. کمی کاتالیزور (AlCl3) اضافه کنید و بوم کنید! جایگزینی معطر الکتروفیلیک

حالا بیایید همه چیز را کمی تغییر دهیم. ما آلکیل هالید را از طریق یک پیوند کربن-کربن جدید به حلقه متصل می کنیم و سپس کاتالیزور را اضافه می کنیم. محصول چیست؟

بدون مفاهیم جدید! همان الگوی پیوندهایی که شکل می گیرند و می شکنند. اما اگر قبلاً نمونه‌ای مانند این را ندیده‌اید، ممکن است شما را کاملاً از یادداشت‌های حفظ شده‌تان دور کند. این برنامه است! [ضبط نشانه  «خنده شیطانی»].

از طریق GIPHY

خوب. در اینجا مکانیسم وجود دارد و محصول نهایی در پایین سمت چپ ترسیم شده است.

می‌خواهم توجه داشته باشید که الگوی کلی پیوندهایی که تشکیل می‌شوند و پیوندهایی که می‌شکنند، دقیقاً در حالت درون مولکولی مانند حالت بین مولکولی است، یعنی: فرم C-C و H-Cl،  شکستن C-H و C-Cl.

توصیه های بی انتها برای ترسیم مکانیسم واکنشی مانند این:

کربن ها را شماره گذاری کنید واقعاً آسان است که یک کربن را در نقاشی‌هایتان «ریزش کنید» و این باعث از دست دادن امتیاز شما می‌شود.
ابتدا “نسخه زشت” را بکشید و سپس دوباره بکشید تا زیبا به نظر برسد. نگران زیبا جلوه دادن آن نباشید تا زمانی که پیوندهایی را که شکل می‌گیرند و می‌شکنند.

در مورد Friedel-Crafts، نسخه درون مولکولی برای ساخت حلقه های 6 عضوی بهترین کار را دارد، اما می توان از Friedel-Crafts برای ساخت حلقه های 5 و 7 عضوی نیز استفاده کرد (نمایش داده نشده است).

در اینجا یک مشکل تمرینی کمی پیشرفته تر وجود دارد که با بنزن شروع می شود. آیا می توانید محصول نهایی را بکشید؟ (پاسخ زیر)

3. داخل مولکولی Friedel-Crafts Acylation

هنگامی که آلکیلاسیون فریدل کرافت درون مولکولی را مشاهده کردید، اسیلاسیون فریدل کرافت درون مولکولی دقیقاً غافلگیر کننده نخواهد بود.

باز هم، من از شما می خواهم تأیید کنید که پیوندهای در حال شکل گیری و شکسته شدن دقیقاً در هر مورد یکسان است. تنها تفاوت این است که در حالت دوم، هسته دوست و الکتروفیل از طریق یک بند به یکدیگر متصل می‌شوند.

یک چین و چروک کوچک که احتمالاً آن را نخواهید دید، اما چه خوب. ما به دیدن آسیل هالیدها (و انیدریدها) در Friedel-Crafts عادت کرده ایم، اما یک نکته جالب در مورد آسیلاسیون درون مولکولی Friedel-Crafts این است که اسیدهای کربوکسیلیک نیز می توانند شرکت کنند. به عنوان مثال، درمان این کربوکسیلیک اسید با اسید قوی مانند H2SO4 منجر به اسیلاسیون درون مولکولی Friedel-Crafts می شود:

یکی از دلایلی که چرا این کار در مورد درون مولکولی خوب عمل می کند این است که هسته دوست بسیار نزدیک به الکتروفیل نگه داشته می شود. این همان اثری است که اگر غلظت الکتروفیل به طور چشمگیری افزایش یافته باشد. ممکن است نمونه‌های دیگری را مشاهده کنید که در آن‌ها می‌توانید با استفاده از یک نوکلئوفیل ضعیف (یا الکتروفیل) در یک واکنش معین، در صورتی که به روش درون مولکولی انجام شود، «دور شوید».

در اینجا یک سوال چالشی برای شما وجود دارد. آیا می توانید حاصل این توالی واکنش های فریدل کرافت را بکشید؟

(پاسخ زیر)

4. خلاصه: واکنش های فریدل کرافت درون مولکولی

مفاهیم جدید واقعاً پیشگامانه ای در اینجا وجود ندارد، اما همیشه هوشیار ماندن برای نمونه های درون مولکولی واکنش ها مفید است. این

مفهوم هرگز از بین نمی رود دوباره خواهید دید!

در پست بعدی خود در این مجموعه، کلاس کاملا متفاوتی از واکنش‌های جایگزینی در ترکیبات معطر را پوشش خواهیم داد که با گروه‌های معطر فقیر از الکترون به خوبی کار می‌کنند. این جایگزینی آروماتیک هسته دوست نامیده می شود.

یادداشت

بازآرایی در مقابل بسته شدن حلقه. ما دیده‌ایم که آلکیل هالیدهای اولیه می‌توانند از طریق جابجایی‌های هیدرید (و آلکیل) بازآرایی شوند و واسطه‌های کربوکاتیونی «پایدارتر» را به دست آورند. بنابراین چه اتفاقی می‌افتد وقتی یک آلکیل هالید اولیه در واکنش آلکیلاسیون فریدل کرافت درون مولکولی شرکت می‌کند؟ آیا تنظیم مجدد ابتدا اتفاق می افتد یا بسته شدن حلقه سریعتر است؟

این سوالی نیست که بتوانید به سادگی به آن فکر کنید. هنگامی که نرخ های واکنش رقابتی وجود دارد، تنها راه مطمئن شدن از طریق آزمایش است.

این مورد مطالعه قرار گرفت و مقاله کامل در مورد مطالعه میزان بازآرایی در مقابل بسته شدن حلقه در اینجا آمده است. [جی. سازمان Chem، 1966، 31، 89]. نشان می دهد که در این مورد بسته شدن به حلقه 6 عضوی سریعتر از بسته شدن به حلقه 5 عضوی است.

پاسخ 1

پاسخ شماره 2.

ارجاع

(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

آیلیلاسیون و آلکیلاسیون Friedel-Crafts می تواند درون مولکولی باشد و این برای سنتز ترکیبات دو حلقه ای یا چند حلقه ای مفید است.

آلکیلاسیون درون مولکولی:
آلکیلاسیون های درون مولکولی F-C برای تهیه حلقه های 6 عضوی بیشترین موفقیت را دارند، اگرچه حلقه های 5 و 7 عضوی نیز به این روش بسته شده اند. در این واکنش ها ایجاد حلقه های 6 عضوی نسبت به 5 عضو آسان تر است. 4-فنیل-1-بوتانول تترالین چرخه ای را با بازده 50% در اسید فسفریک می دهد، در حالی که 3-فنیل-1-بوتانول عمدتاً به آلکن ها دهیدراته می شود.

اگر یک واسطه کربوکاتیونی بالقوه بتواند تحت یک جابجایی هیدرید یا آلکیل (یا بازآرایی واگنر-میرویین) قرار گیرد، این در ترجیح بسته شدن حلقه حلقه 5 عضوی رخ می دهد. این نشان دهنده تمایل نسبتاً کلی برای 6> 5،7 در بسته شدن حلقه توسط واکنش های فریدل کرافت درون مولکولی است.

New Friedel-Crafts Chemistry. XVI.1 بررسی مجدد سیکلیالکیلاسیون و واکنشهای رقابتی برخی از فنیل آلکیل، بنزوئیل آلکیل، و استیل فنیل آلکیل کلریدها
علی علی خلف و رویستون ام رابرتز
مجله شیمی آلی 1966, 31 (1), 89-95
DOI: 1021/jo01339a018
شیمی جدید Friedel-Crafts. نوزدهم سیکلیلکیلاسیون برخی از فنیل آلکانول ها
علی ای خلف و رویستون ام رابرتز
مجله شیمی آلی 1969، 34 (11)، 3571-3574
DOI: 1021/jo01263a075
Friedel-Crafts سیکلیالکیلاسیون برخی از الکل های تک و دی فنیل جایگزین شده و آلکیل کلریدها را انجام می دهد.
علی علی خلف و رویستون ام رابرتز
مجله شیمی آلی 1972، 37 (26)، 4227-4235
DOI: 1021/jo00799a001
چرخه‌سازی دی‌اتیل استال‌های 2-[N-(متیل سولفونیل) آنیلینو] استالدهید به ایندول. شواهدی برای اثرات استریو الکترونیکی در جایگزینی آروماتیک الکتروفیل درون مولکولی
ریچارد جی. ساندبرگ و جوزف پی. لورینو
مجله شیمی آلی 1984، 49 (2)، 249-254
DOI: 10.1021/jo00176a007
این مقاله دارای بخشی است که در مورد تفاوت ها در هندسه حالت گذار برای بسته شدن حلقه درون مولکولی 5 و 6 عضوی بحث می کند. حالت های گذار 5 عضوی به طور قابل توجهی فشار بیشتری دارند، به خصوص اگر فرض شود که کربن الکتروفیل از جهتی عمود بر صفحه حلقه حمله می کند. نمونه های بیشتری از آلکیلاسیون فریدل کرافت درون مولکولی:
آزمایش‌هایی برای سنتز کل ترپن‌ها. XVII. توسعه روش‌هایی برای سنتز تری ترپن‌های پنج حلقه‌ای بر اساس تفسیر مکانیکی از نتیجه استریوشیمیایی واکنش سیکلی‌آلکیلاسیون فریدل کرافت
رابرت ای. ایرلند، استیون دبلیو. بالدوین و استیون سی. ولش
مجله انجمن شیمی آمریکا 1972، 94 (6)، 2056-2066
DOI: 10.1021/ja00761a044
این نمونه ای از یک سیستم حلقه چند حلقه ای است، که در آن محصول مخلوطی 3:1 از ایزومرهای b:a متیل در محل اتصال حلقه جدید است که نشان دهنده ترجیح برای جهت گیری گروه ها در حالت گذار است.
یک مطالعه سیستماتیک از کاتیون بنزیل واکنش‌های چرخه‌سازی را آغاز کرد
استیون آر آنگل و مایکل اس. لویی
مجله شیمی آلی 1991، 56 (8)، 2853-2866
DOI: 10.1021/jo00008a049
این مقاله آلکیلاسیون F-C درون مولکولی را در یک موقعیت بنزیلی بررسی می کند. حلقه های 6 عضوی کارآمدتر از حلقه های 5 یا 7 عضوی تشکیل می شوند.
سنتز انانتیوویژه (+)-(R)-1-فنیل-3-متیل-1،2،4،5-تتراهیدروبنز[d]آزپین از (+)-(S)-N-متیل-1-فنیل اتانول آمین ( هالوستاکین) از طریق روش تری کربنیل آرن کروم
استیون جی کوت، استیون جی دیویس، دیوید میدلمیس، آلن نیلور
چهار وجهی لت. 1989، 30 (27)، 3581-3588
DOI: 10.1016/S0040-4039(00)99447-4
همانطور که انتظار می رود، آلکیلاسیون F-C درون مولکولی با شرایط استاندارد (مانند H2SO4/TFA یا HBF4·OMe2) انجام می شود. کایرالیته را می توان از طریق یک روش غیرمعمول (اما پیشرفته) که شامل آلی فلزات است القا کرد – که به صورت برگشت پذیر یک کمپلکس آرن-Cr(CO)3 را تشکیل می دهد. اسیلاسیون درون مولکولی:
سنتز 2-هیدروکسی-17-اکیلنون
E. Bachmann و W. J. Horton
ژورنالal of the American Chemical Society 1947, 69 (1), 58-61
DOI: 10.1021/ja01193a014
یک معرف کلاسیک برای چرخه‌سازی درون مولکولی اسیدهای فنالکیل کربوکسیلیک PPA (اسید پلی فسفریک) است که با افزودن P2O5 و اسید فسفریک می‌توان آن را ساخت. این دیگر زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد، زیرا تحمل آن دردناک است – بسیار خورنده و بسیار چسبناک.
متان سولفونیک اسید یک معرف اسیدی چرخه ای مفید
آلبرتو آ. لئون، گیدو داوب و آی. رابرت سیلورمن
مجله شیمی آلی 1984, 49 (23), 4544-4545
DOI: 10.1021/jo00197a047
MSA (اسید متان سولفونیک، CH3SO3H) جایگزینی برای PPA در واکنش‌های چرخه‌سازی F-C است. ارزان است، به راحتی در دسترس است، و مایعی است که به راحتی قابل کنترل است و از نظر اسیدی با PPA قابل مقایسه است.
طیف‌سنجی و دیگر خواص بنزوسیکلان‌های تک و دیمری حلقه‌های بزرگ تهیه‌شده توسط واکنش فریدل کرافت با رقت بالا
M. Schubert، W. A. ​​Sweeney و H. K. Latourette
مجله انجمن شیمی آمریکا 1954، 76 (21)، 5462-5466
DOI: 10.1021/ja01650a060
در حالی که اسیلاسیون درون مولکولی F-C عمدتاً برای بستن حلقه های 5، 6 و 7 عضوی استفاده می شود، حلقه های بزرگتر را نیز می توان با تکنیک های رقت بالا بست.
سنتز کارآمد ایندنون های انتخاب شده
براونر. فلوید و جورج راجر آلن
مجله شیمی آلی 1970، 35 (8)، 2647-2653
DOI: 10.1021/jo00833a036
آسیلاسیون F-C درون مولکولی را می توان با کلرید آسیل/AlCl3 نیز انجام داد. واکنش های پشت سر هم با اسیلاسیون و آلکیلاسیون نیز امکان پذیر است. اینها سیکلی-آسیالکیلاسیون نامیده می شوند. می توان از اسیدهای غیر اشباع یا لاکتون ها استفاده کرد.
α-تترالون
Cecil E. Olson، Alfred R. Bader و G. Dana Johnson
سازمان مصنوعی. 1955، 35، 95
DOI: 10.15227/orgsyn.035.0095
اولین روش، ارائه شده توسط A. R. Bader، از یک لاکتون برای انجام کارآمد سیکلی-آسیلالکیلاسیون F-C استفاده می کند. A. R. Bader در ادامه شرکت آلدریچ Chemical را تأسیس کرد که او را بسیار ثروتمند کرد و مسیر تحقیقات شیمیایی را برای همیشه تغییر داد – شیمیدانان اکنون مجبور نیستند تلاش خود را صرف سنتز مجدد مواد اولیه معمولی کنند، زیرا این مواد در قفسه با خلوص بالا در دسترس هستند.
دامنه سنتز هاورث
اسرائیل آگرانات و یو شان شی
مجله آموزش شیمی 1976، 53 (8)، 488
DOI: 10.1021/ed053p488
بخش اول سنتز هاورث شامل اسیلاسیون F-C با یک انیدرید و به دنبال آن آلکیلاسیون F-C درون مولکولی پس از کاهش کتون است.