傅-克烷基化(Friedel-Crafts alkylation)
/ FREE-del KRAFTS /
目前为止所有 EAS 反应都是往环上装一个含杂原子的基团。傅-克烷基化做的是另一件、而且很有价值的事:它形成一根新的碳-碳键,把一个烷基(如 -CH3 或 -CH2CH3)直接接到苯环上。它是从苯出发、搭建取代芳香化合物碳骨架的经典方法。
亲电试剂是碳正离子。你取一个卤代烷(R-X)和一种路易斯酸催化剂,几乎总是 AlCl3。铝抓住卤素、把它从碳上拽下来,生成碳正离子 R(+)(或一个表现得像碳正离子的强极化络合物)。环的 pi 云进攻这个正离子,生成芳正离子,失去一个质子,烷基便接到了环上。由于活性物种是碳正离子,这个反应带有两个著名的隐患:正离子可能在环进攻它之前重排成更稳定的结构(所以 1-氯丙烷主要给出异丙苯,而非正丙苯);而且产物比起始物更活泼,所以它往往会被再次烷基化——你常常得到多个烷基,而不止一个。
正是这两个问题——重排和多烷基化——使得化学家但凡想要一条不重排的、单一的直链时,就改用傅-克酰基化(先酰基化,再还原)。还有一个限制:傅-克烷基化对强钝化的环(比如已带 -NO2 的环)不起作用,因为这种环太缺电子,无法进攻碳正离子;若存在像 -NH2 这样的碱性基团,反应也会失败,因为该基团会把路易斯酸“缠住”。
苯 + (CH3)3C-Cl,用 AlCl3 -> 叔丁基苯。这里叔丁基正离子本就稳定,所以不会重排;但苯 + CH3CH2CH2-Cl 主要给出异丙苯,因为丙基正离子会先重排成更稳定的仲碳正离子。
当心碳正离子重排——你画的链往往不是你得到的链。
两个陷阱使这个反应难以给出干净的产物:碳正离子可能重排成更稳定的异构体;而烷基化产物被活化,会再次反应导致过度烷基化。当你需要一个不重排的直链基团时,应改做傅-克酰基化,再把生成的酮还原。