Ацилиране по Фридел-Крафтс

В последното видео разгледахме алкилиране по Фридел-Крафтс. В това видео ще разгледаме ацилирането, което е много подобно на алкилирането. Започваме с бензен, към който ще присъединим ацилхлорид. Точно тук можеш да видиш ацилова група. Ще използваме алуминиев хлорид като катализатор, и ще видиш как ациловата група ще замести един от тези ароматни протони. Това е реакция на електрофилно ароматно заместване. Реакцията на ацилиране е подобна на алкилирането, макар да има някои важни различия. И двете започват еднакво с това, че алуминиевият хлорид действа като Люисова киселина и приема една двойка електрони. Тази несподелена електронна двойка при този хлор... можеш да го разглеждаш, че хлорът отдава тази двойка електрони и алуминият приема тази електронна двойка. Ако запиша резултата на тази реакция на Люисова киселина и основа, ще имаме карбонил, и имаме хлор, свързан с нашия карбонилен въглерод. Хлорът има две несподелени електронни двойки. Сега той е образувал връзка с алуминия и алуминият е свързан с три други хлорни атома. Няма да показвам другите несподелени електронни двойки при другите хлорни атоми, за да спестя време, но алуминият получава формален заряд –1, а този хлор сега е с положителен заряд +1. Ще оцветя ето тези електрони, в цикламено. Образува се връзка между хлора и алуминия, ето така. За да определиш електрофила, можеш да разгледаш тези електрони, които се преместват при хлора. Отнемаме една връзка от този карбонилен въглерод, а като отнема връзка от карбонилния въглерод, този въглерод сега има положителен заряд. Този въглерод все още има двойна връзка с кислорода, а този въглерод е свързан с една R-група. Получаваме един ацилен катион. Можем да разглеждаме този ацилен катион като електрофил в нашия механизъм на електрофилно ароматно заместване. Този катион е резонансно стабилизиран. Мога да взема една несподелена електронна двойка от този кислород и да я преместя тук, за да направя резонансната структура, в която сега въглеродът е свързан с тройна връзка с този кислород тук горе. Кислородът горе все още има несподелена електронна двойка, заради което има формален заряд +1. Този въглерод е още свързан с R-група, така че тази несподелена електронна двойка тук при този кислород може да дойде ето тук. Тази резонансна стабилизация на ациловия катион е едната разлика между ацилиране и алкилиране. Тъй като катионът при ацилирането е резонансно стабилизиран, тук няма прегрупиране, което се различава от това, което видяхме при реакцията на алкилиране. Получава се карбокатион, който може да се прегрупира и се получава по-стабилен карбокатион в предишното видео за алкилирането. Това прави малко по-трудно да се контролира кои продукти да се получат. При ацилирането няма прегрупиране, което се дължи на резонансното стабилизиране на ацилния катион. Тук също се образува този комплекс, където алуминият е свързан с четири хлорни атома. Сега можем да кажем, че този хлор има три несподелени електронни двойки, като ще оцветя тези електрони в червено. Тези електрони тук се преместват при хлора и отново тук имаме отрицателен заряд –1 при алуминия. Катализаторът води до получаване на електрофила. Сега можем да покажем нашия електрофил, ацилният катион, който реагира с бензеновия пръстен. При този механизъм можем да покажем кое да е от тези двете. Можем да покажем всяка от тези резонансни форми да реагира с бензеновия пръстен. Ще взема тази отдясно, която има положителен заряд при въглерода. Имаме бензенов пръстен, и имаме един от тези протони в бензеновия пръстен. Избирам резонансната структура отдясно. Тук има положителен заряд +1 при въглерода. Имаме и R-група, свързана с този въглерод. Имаме нуклеофил и електрофил. Отрицателните заряди привличат положителните заряди. Тези р-електрони ще действат като нуклеофил, атакуват електрофила и така присъединяваме електрофила към бензеновия пръстен. Отново ще покажа, че електрофилът се присъединява към този въглерод отгоре. Горният въглерод има водород, той сега ще образува връзка с нашия карбонилен въглерод. Поставям несподелените електронни двойки, тук има и R-група, свързана с този въглерод. Ако проследим електроните в цикламено, които действат като нуклеофил, ще се образува връзка връзка между този въглерод и този карбонилен въглерод. Отнемаме връзка от този въглерод тук долу, той ще има заряд +1, и това е едната възможна резонансна структура. Можем да направим още няколко резонансни структури. Но няма да го направя, за да спестя време. Правили сме го в предишни видеа, така че гледай, моля, предишните видео уроци, ако те объркват резонансните структури. Аз ще използвам тази резонансна структура, за да покажа сигма-комплекса. За да довършим реакцията, трябва да отнемем протон от сигма-комплекса и да възстановим ароматния пръстен. Тези електрони тук ще вземат този протон, което ще накара тези електрони да се преместят, за да възстановят ароматния пръстен и да изчезне формалният заряд +1. Когато правим това, се образува бензенов пръстен с ацилова група, която сега е свързана с бензеновия пръстен, която е заместила този протон тук. Хайде да проследим тези електрони. Ще ги оцветя в зелено. Тези електрони тук ще се преместят ето тук. После можем да видим какво още се получава. Тези електрони в червено ще се свържат с този протон, така че ще имаме НCl. Ще оцветя тези електрони тук в червено. После ще се възстанови катализатора, така че ще получим AlCl3. И получихме нашия продукт. Присъединихме ацилова група към бензеновия пръстен. Това е ацилирането по Фридел-Крафтс. Сега да разгледаме случая, където ацилирането по Фридел-Крафтс може да се използва вместо алкилиране по Фридел-Крафтс. Да кажем, че искаме да получим бутилбензен от бензен. Тук ще запиша бутилбензен. Това е четириатомна алкилова група, която е свързана с бензеновия пръстен. Видяхме в последното видео, че при алкилирането по Фридел-Крафтс бутилбензенът се получава в малко количество, не е главен продукт, поради прегрупирането на карбокатиона, така че това е продуктът, който се получава в по-малка степен. Ако искаме да увеличим добива му, можем да използваме ацилиране по Фридел-Крафтс. Ако искам да получа бутилбензен чрез ацилиране, трябва да прикача ацилова група към бензеновия пръстен, който има същия брой въглеродни атоми. Значи ацилова група с четири въглеродни атома. Сега ще я запиша. Ще използвам ацилхлорид, който има четири въглеродни атома. Това е нашият ацилхлорид, като ще оцветя четирите въглерода. Значи един въглерод, два, три и четири. Към този ацилхлорид трябва също така да добавим катализатор. Трябва ни алуминиев хлорид. AlCl3 ще катализира ацилирането по Фридел-Крафтс, и ще прикачим тази ацилова група към бензеновия пръстен. Това е ациловата група, която трябва да се закачи за пръстена. Когато начертая пръстена, знам, че въглеродът от пръстена ще се свърже директно с този карбонилен въглерод, като тук има общо четири въглеродни атома. Има един, два, три и четири. Това е ацилирането по Фридел-Крафтс. Сега трябва да отида от това съединение до моето целево съединение, този бутилбензен. Някак трябва да се отърва от тази карбонилна група. Реакцията, която се използвала за това, е редукция по Клеменсен, в която участва цинкова амалгама с живак, а като източник на протон HCl. Цинковата амалгама ще редуцира този карбонил до алкилова група, така че ще се получи желаната алкилова група и ще се отървем от този карбонил. Редукцията по Клеменсен е много полезна реакция в синтеза. Това е начин за получаване на бутилбензен с висок добив чрез ацилиране, което е малко по-надеждно от алкилирането.