Ацилиране по Фридел-Крафтс

Вече знаем как да назоваваме алдехидите и кетоните, а в това видео искам да покажа механизъм за получаването им. По-конкретно сега ще получим кетон. Нека да имаме бензен и в първата стъпка на тази реакция бензенът просто ще си седи и ще наблюдава. Имаме бензен и имаме ацетил хлорид. Изглежда почти като алдехид или кетон, но вместо въглеродна верига или водород, ще имаме хлорен атом ето там. Това е ацетил хлорид, понякога наричан ацил хлорид. Това е ацетил хлорид и ще имаме алуминиев хлорид катализатор. Катализатор означава, че той участва в реакцията, но влиза в реакцията и излиза от нея без да се променя, само я катализира. Той само катализира, но не изчезва. Само се променя по средата на процеса, но след това се връща към предишното си състояние. Така че имаме алуминиев хлорид и той е свързан с един, два, три хлора. Първата стъпка на тази реакция е да се превърне този ацетил хлорид в добър електрофил, да се включи в нещо, което е наистина добро в улавянето на електрони, така добро, че може да пречупи ароматността на бензеновия пръстен и по същество да бъде присъединено към пръстена на бензена. Това е същият механизъм, който видяхме при електрофилното ароматно заместване. Винаги имам проблем със запомнянето на името, но винаги си представям електрофилното заместване. Както и да е, това е много подобен механизъм. И всъщност това, което ще покажа в този клип, се нарича ацилиране по Фридел-Kрафтс, защото това вдясно тук се нарича ацилова група и ние по същество ще ацилираме бензеновия пръстен. Ще присъединим тази група тук към бензеновия пръстен. Това е достатъчно за това, което ще се случи. Нека да видим всъщност как се случва. Първото нещо, което разбираме, е, че в този алуминиев хлорид на алуминият не му достигат електроните. И на първо място, ако търсиш само в периодичната таблица, ще имаш тези хлорни атоми тук, доста електроотрицателни. Алуминият е в същия ред, но хлорът е по-вдясно, така че е по-електроотрицателен. Затова хлорът ще привлече електроните в тази молекула. Хлорът ще привлече електроните, така че алуминият ще има частично положителен заряд. Хлорът ще има слаб частично отрицателен заряд. Освен това виждаш, че алуминият е елемент от група 3, едно, две, три, така че той има три валентни електрона. Виждаш това тук, един, два, три, съвсем далеч от магичното число осем. Дори когато ковалентно се свързва с хлора, той може само да се преструва, че има шест електрона. Той може един вид да се престори, че има тези хлорни електрони, но това само стига до числото шест. Така че наистина би искал да има повече електрони, за да се приближи до това магично число осем. Затова си представи ситуация, в която този хлор в ацетилхлорида придърпва този зелен електрон от този въглерод. Той вече правеше това. Това е по-електроотрицателно, така че това нещо тук всъщност ще бъде отдадено на алуминия. И след това ще има връзка с хлора. Така че, ако това се случи, как изглежда реакцията? Ако това се случи, как изглежда всичко? Нашият алуминий, нашият алуминиев хлорид или това, което беше преди алуминиев хлорид, сега е получил един електрон и с него сега е свързан с друг хлор. Така че сега това е свързано към друг хлор, и тъй като това печели електрон... нека изясним. Това е L. Моят почерк се влошава. Това е L. И тъй като този алуминий е получил един електрон, сега има отрицателен заряд. Обикновено нещо с отрицателен заряд не е толкова стабилно, но тези тук са електроотрицателни, така че те могат да придърпат много от този отрицателен заряд. И отгоре на всичко, сега алуминият може да се преструва, че има осем електрона. Той има един, два, три, четири, пет, шест, седем, осем. Когато ковалентно се свържеш с нещо, можеш един вид да се преструваш, че имаш и неговите електрони. Така че сега имаш този анион, който бе образуван от алуминиев хлорид, и сега ацетил хлоридът ще изглежда така. Слизаме малко по-надолу. Нека да стане ясно. Ние сме в следващата стъпка на реакцията. Това, което беше преди ацетил хлорид, сега е загубило хлора, така че сега е наистина само ацилова група. Така че имаш карбонил, свързан с CH3, метил, ето така. Този тук е загубил своите електрони, така че сега той има положителен заряд. И това всъщност не означава, че е толкова стабилен. Ще видиш, че в действителност е високо реактивен. Това е много добър електрофил. Той иска да открадне други електрони от други места. Но той може да съществува за кратък период от време, особено защото е стабилизиран резонансно. Ще кажеш: как така е стабилизиран резонансно? Този кислород тук има две несподелени двойки електрони, които аз не съм нарисувал преди. Ще направя втората в различен цвят. Той има две двойки несподелени електрони, ето така. Така че можеш да си представиш ситуацията. Този въглерод е вече... той има положителен заряд и неговия кислород е по-електроотрицателен. Той вече е придърпал електрони. Може би иска да върне малко назад. Да каже: "Хей, той е положителен. Всички електрони са ето тук." Те ще бъдат привлечени към положителните, и можеш да си представиш, че един от тези електрони ще бъде върнат на въглерода. Ако това се случи, имаме и друга форма резонансна форма, която изглежда така. Ето това е нашето първоначално съединение. Това е първоначалното или както изглеждаше. Все още имаме тази двойна връзка ето там и онази двойка електрони. Сега тази двойка електрони формира друга връзка. Този електрон тук сега е на кислородния край. Този електрон тук сега е на въглеродния край и сега тук има тройна връзка. И какво се е случило? Този положителен въглерод е получил един електрон, така че сега е неутрален. Неутралният кислород е изгубил един електрон, така че сега е положителен. И можеш да си представиш, той не е много стабилен... няма да го видиш просто да плава наоколо сам, но той стабилизира цялата тази конфигурация. Той стабилизира тази молекула. Така можеш да покажеш, че това са алтернативни резонансно стабилизирани структури точно там. Но както казах, те не са супер стабилни. Този тук наистина, наистина, наистина иска да реагира. И сега това е моментът, когато бензенът влиза в играта. И всъщност ще направя една разграничителна линия тук, само за да знаем, че това е отделен етап от реакцията. Това беше първият етап. След това отиваме тук и сега бензенът влиза в играта. Бензенът плава наоколо. Така че ние имаме нашия бензен, плаващ наоколо ето така. И сега ще напиша един от водородите при един от въглеродните атоми в бензена. Всички тези въглероди имат водороди при тях. Аз просто няма да пиша всички тях. Това само усложнява нещата. Но този тук, както казахме, е наистина добър електрофил, и трябва да бъде наистина добър електрофил, за да привлече електрони от бензеновия пръстен, за да се прекъсне неговата ароматичност. Но ако той попадне на този тук по правилния начин, под точния ъгъл, можеш да си представиш, че този електрон на този въглерод тук е взет от ациловата група. И така, какво имаме? Сега ще се върна в тази посока. Имаме това, което беше бензенов пръстен. Можем да поставим двойните връзки тук и тук. И, разбира се, имаме този водород. Но сега тази връзка, която беше двойна връзка там, сега е съединена с ациловата група. Така че той има този син електрон, който ациловата група е взела. И нека напиша ациловата група. Ще я обърна, така че да имаме метил отдясно. Така че това е карбонил, съединен с CH3. Той беше положителен. Той получи един електрон. Сега е неутрален. Този въглерод тук загуби един електрон и сега е положително зареден. Споменах, че алуминиевият хлорид е катализатор, така че той няма просто да седи наоколо като аниона. Той трябва да се превърне отново в алуминиев хлорид, така че ще върнем алуминиевия хлорид на сцената. И така имаме нашия алуминиев хлорид. Ще го копирам и поставя. Тук е нашият алуминиев хлорид и така можеш да си представиш, че бензеновият пръстен иска да си върне ароматността, затова този електрон ето тук при водорода наистина иска да се върне към този въглерод ето тук, при този карбокатион. В същото време, ако този анион сега предаде водорода при точния ъгъл и в точното време, докато този тук е привлечен от този въглерод, този хлор може да отдаде този зелен електрон на водородното ядро, което наистина е само един протон. И след това електронът на водорода може да бъде взет от това, което беше този карбокатион. И тогава какво имаме? Имаме ситуация, в която нашият бензенов пръстен е възстановен. Имаме ароматност отново. Имаме тази двойна връзка, тази двойна връзка, а сега имаме тази двойна връзка отново, въпреки че сега използва електрона от водорода. И сега заместваме този водород с по същество тази ацилова група ето тук. Така че ние имаме въглерод, двойно свързан с кислород, свързан с метилова група. И сега алуминият или този анион, е загубил електрона си, така, че се превръща отново в алуминиев хлорид. Той се връща към неутрален, електронно дефицитен алуминиев хлорид. И сме готови. Ние току-що ацилирахме този бензенов пръстен и затова този механизъм се нарича ацилиране по Фридел-Крафтс. Фридел е всъщност бивш президент на МТИ и аз четох доста за това. Очевидно той не е доктор, но тъй като той открива ацилирането по Фридел-Крафтс и алкилирането по Фридел-Крафтс, те си казали: "Хей, този човек е доста умен. Нека го направим президент на МТИ." Но аз просто исках да ти покажа, че това е реакция за получаване на кетон. Този кетон, който сме получили, е ацетофенон, който сме виждали и преди, когато учихме общото наименование за тази молекула, която изучавахме в първото видео за кетоните. Ще го напиша в лилаво. Ацетофенон. Ацетофенон. И сме готови!