傅-克烷基化(Friedel-Crafts alkylation)
/ FREE-del KRAFTS /
目前為止所有 EAS 反應都是往環上裝一個含雜原子的基團。傅-克烷基化做的是另一件、而且很有價值的事:它形成一根新的碳-碳鍵,把一個烷基(如 -CH3 或 -CH2CH3)直接接到苯環上。它是從苯出發、搭建取代芳香化合物碳骨架的經典方法。
親電試劑是碳正離子。你取一個鹵代烷(R-X)和一種路易斯酸催化劑,幾乎總是 AlCl3。鋁抓住鹵素、把它從碳上拽下來,生成碳正離子 R(+)(或一個表現得像碳正離子的強極化絡合物)。環的 pi 雲進攻這個正離子,生成芳正離子,失去一個質子,烷基便接到了環上。由於活性物種是碳正離子,這個反應帶有兩個著名的隱患:正離子可能在環進攻它之前重排成更穩定的結構(所以 1-氯丙烷主要給出異丙苯,而非正丙苯);而且產物比起始物更活潑,所以它往往會被再次烷基化——你常常得到多個烷基,而不止一個。
正是這兩個問題——重排和多烷基化——使得化學家但凡想要一條不重排的、單一的直鏈時,就改用傅-克醯基化(先醯基化,再還原)。還有一個限制:傅-克烷基化對強鈍化的環(比如已帶 -NO2 的環)不起作用,因為這種環太缺電子,無法進攻碳正離子;若存在像 -NH2 這樣的鹼性基團,反應也會失敗,因為該基團會把路易斯酸「纏住」。
苯 + (CH3)3C-Cl,用 AlCl3 -> 三級丁基苯。這裡三級丁基正離子本就穩定,所以不會重排;但苯 + CH3CH2CH2-Cl 主要給出異丙苯,因為丙基正離子會先重排成更穩定的二級碳正離子。
當心碳正離子重排——你畫的鏈往往不是你得到的鏈。
兩個陷阱使這個反應難以給出乾淨的產物:碳正離子可能重排成更穩定的異構體;而烷基化產物被活化,會再次反應導致過度烷基化。當你需要一個不重排的直鏈基團時,應改做傅-克醯基化,再把生成的酮還原。