მრეწველობაში სხვადასხვა ტიპის ალკილბენზოლებისა და აცილბენზოლების მიღებისას ფართოდ გავრცელდა Friedel-Crafts რეაქცია. ეს არის ამ ნაერთების სინთეზის ორი ცნობილი მეთოდიდან ერთ-ერთი და მისი პარამეტრები რეგულირდება პროდუქტის უფრო მაღალი მოსავლიანობის მისაღწევად.
მეტი არენის ალკილაციის პროცესების შესახებ
ფრიდელ-კრაფტსის რეაქციის ყველაზე ცნობილი მაგალითია მეთილის ქლორიდის (CH3Cl) ურთიერთქმედება ბენზოლთან (C6 H 6) ალუმინის ქლორიდის თანდასწრებით (AlCl3), სადაც გამომავალი არის ტოლუოლი (C7 H 9). ეს რეაქცია 1877 წელს მიიღეს ორმა მეცნიერმა - ჩარლზ ფრიდელმა და ჯეიმს კრაფტსმა. შემდგომში იგი გახდა ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი კომპონენტი ალკილარენების სამრეწველო წარმოებისთვის.
მთავარი სინთეზია ბენზოლისა და მისი ჰომოლოგების ურთიერთქმედება ნებისმიერ ალკილის ჰალოგენებთან ე.წ. ლუისის მჟავების თანდასწრებით. რეაგენტების ცვლილების არსი არ იცვლება: რეაქცია ყოველთვის ერთი და იგივე პრინციპით მიმდინარეობს. ამის წარმოებულებიმეთოდი იყო ალკილბენზოლების წარმოება ორგანულ ქიმიაში ალკოჰოლისა და არაორგანული მჟავის, კარბონიუმის იონის და არომატული რგოლის ურთიერთქმედებით.
მეორე მეთოდი არის სხვადასხვა არომატული კეტონების გვერდითი ჯაჭვის გარდაქმნა თუთიის ამალგამის (ZnHg) თანდასწრებით მარილმჟავასთან (HCl) ან ჰიდრაზინით (N2H. 2) ძლიერი ფუძით. ორივე რეაქციას შემცირების ხასიათი აქვს: პირველს კლემენსის რეაქციას უწოდებენ, მეორეს კიჟნერ-ვოლფის რეაქციას.
ასევე, თუ გვერდით ჯაჭვში არის უჯერი ბმები, ისინი შეიძლება შემცირდეს ნიკელის კატალიზატორზე (Ni) რეაქციით წყალბადის გაზის თანდასწრებით (H2).
რეაქციის მექანიზმები
ლიტერატურა აღწერს რეაქციის ორ შესაძლო გზას და ორივე მათგანი ემორჩილება ელექტროფილური ჩანაცვლების პრინციპს. განსხვავება მხოლოდ ელექტროფილის ბუნებაშია: პირველ შემთხვევაში, ეს არის ალკილის კარბონიუმის იონი (სხვა სახელია კარბოკატიონი), რომელიც წარმოიქმნება დონორის მიხედვით ლუისის მჟავაში ჰალოგენის იონის დამატების შედეგად. -აქცეპტორის პრინციპი, ხოლო მეორე შემთხვევაში ეს არის შიდა კომპლექსის ერთსაფეხურიანი შექმნა ყველა მონაწილე რეაგენტს შორის ერთი და იგივე გზით. თითოეული ვარიანტი დეტალურად არის აღწერილი ქვემოთ.
რეაქცია კარბონიუმის იონის წარმოქმნით
ეს მექანიზმი გულისხმობს სინთეზის გავლას 3 ეტაპად, სადაც ლუისის მჟავები, მაგალითად AlCl3, TiCl4, SnCl 4, FeCl3, BF3, HF მოქმედებს როგორც პროცესის კატალიზატორი.
ამისთვისFriedel-Crafts-ის ტიპიური რეაქციის გათვალისწინებით, ურთიერთქმედება ბენზოლსა და 1-ფტორპროპანს შორის (C3H6F) ბორის ტრიფტორიდის BF თანდასწრებით. აირჩიეს 3 კატალიზატორად.
პროცესის პირველ ეტაპზე, C3H6‒F რეაგირებს BF3, ჰალოგენის იონის დამატება დონორ-აქცეპტორის პრინციპის მიხედვით. გარე ენერგეტიკულ დონეზე ბორს აქვს თავისუფალი უჯრედი (მიმღები), რომელსაც იკავებს ფტორი ელექტრონების გაუზიარებელი წყვილით (დონორი). ამ დანამატის გამო, ნახშირბადის ატომი C, რომელიც დგას F ჰალოგენის გვერდით 1-ფტორპროპანში, იძენს დადებით მუხტს და ხდება ძალიან რეაქტიული პროპილ კარბონიუმის იონი. ამ იონების ეს თვისება იზრდება სერიებში პირველადი → მეორადი → მესამეული, შესაბამისად, ალკილირების რეაქციის პროდუქტებში არსებული პირობებიდან გამომდინარე, გვერდითი ჯაჭვი შეიძლება გადაინაცვლოს უფრო ხელსაყრელ მდგომარეობაში.
შემდეგ, მიღებული კარბოკატიონი რეაგირებს ბენზოლთან და უერთდება ნახშირბადისა და წყალბადის ატომების ბმის ადგილზე, გადააქვს ელექტრონის სიმკვრივე არომატული რგოლის C-მდე..
მესამე ეტაპზე მიღებული ნაწილაკი რეაგირებს იონიზებულ ლუისის მჟავასთან, სადაც H ატომი იშლება არენიდან და უერთდება გამოყოფილ F-ს წყალბადის ფტორიდის HF წარმოქმნით და რეაქციის პროდუქტები ხდება n-. პროპილბენზოლი, იზოპროპილბენზოლი და შემცირებული BF3.
სინთეზი შიდა კომპლექსის შესაქმნელად
რეაქციის მექანიზმი გულისხმობს შუალედური ზოგადი კომპლექსის წარმოქმნას, სადაც ერთ ეტაპზე ალკილის ჯგუფიგადადის ჰალოგენიდან არომატულ რგოლში, ხოლო ჰალოგენი ლუისის მჟავაში, ქმნის იონურ წყვილს, რომელიც იშლება ალკილბენზოლად, მინერალურ ნაერთად და შემცირებულ კატალიზატორად.
წარმოებული რეაქციების ტიპები
ფრიდელ-კრაფტის რეაქცია ბენზოლთან და მის ჰომოლოგებთან ალკოჰოლებთან მინერალური მჟავების თანდასწრებით იგივე მექანიზმებს მიჰყვება. ამ შემთხვევაში, წყალბადის ატომი მიმაგრებულია ჰიდროქსიდის იონზე და იშლება, ქმნის წყლის მოლეკულას. შედეგად მიღებული ნახშირბადის იონი მიმაგრებულია ნახშირბადთან არომატულ რგოლში მისი H-თან კავშირის ადგილზე. ეს ატომი იშლება, ემატება მჟავას ნარჩენებს და შედეგად, სინთეზირდება ალკილბენზოლი..
უჯერი ნახშირწყალბადებში მოწყვეტილი წყალბადი ამოდის ორმაგი ბმის ადგილზე, წარმოქმნის იგივე კარბოკატიონს, რომელიც ასოცირდება მჟავას ნარჩენებთან. ალკენის ჰიდროგენიზაცია ხდება ნახშირბადის ატომთან, რომელიც ქმნის ყველაზე ხელსაყრელ სტრუქტურას. შემდეგ რეაქცია მიმდინარეობს ისევე, როგორც წინა შემთხვევაში.
სინთეზის ერთ-ერთი წარმოებული ასევე არის Friedel-Crafts აცილირების რეაქცია, სადაც მჟავა ქლორიდები (RCOCl) გამოიყენება ალკილის ჰალოიდების ნაცვლად არომატული კეტონების შესაქმნელად.
ორი ან მეტი ალკილის ნარჩენის დამატება
ბენზოლს Friedel-Crafts რეაქციაში შეუძლია დაამატოთ 2-დან 6-მდე შემცვლელი. უნდა აღინიშნოს, რომ ყოველ ჯერზე ურთიერთქმედება უფრო სწრაფია, რადგან არომატულ რგოლში კავშირი თავიდანვე სუსტდება.სინთეზი. პოლიალკილბენზოლების წარმოქმნის პროცესი შეიძლება განხორციელდეს ერთი რეაქციის დროს, ამიტომ სასურველი პროდუქტის წარმოების გასაკონტროლებლად გამოიყენება არომატული ნაერთის ჭარბი რაოდენობა. ამ მეთოდის გამოყენებით, თქვენ შეგიძლიათ თანდათანობით შეიყვანოთ ერთი ჯგუფი ბენზოლისა და მისი ჰომოლოგების სტრუქტურაში.
Friedel-Crafts-ის რეაქციაში ტოლუოლი ადვილად ამატებს შემდეგ ალკილის ჯგუფს, ვინაიდან არენი უკვე გააქტიურებულია ელექტროფილური ჩანაცვლების მიმართ. რეაქციის პროდუქტებში 0 °C-ზე იქნება ორთო- და პარა-ქსილენის წონასწორული ნარევი და როდესაც ტემპერატურა 80 °C-მდე მოიმატებს, ძირითადად მხოლოდ მეტა-ნაერთების სინთეზი მოხდება. ეს აიხსნება, როგორც ქვემოთ იქნება აღწერილი, გარკვეული პოზიციების ფორმირების ენერგეტიკული სარგებლით, რაც დამოკიდებულია ნარევის გაცხელებაზე.
ამ სინთეზის გაფართოება არის პოლიჰალოალკანების შესაძლო უნარი, დაამაგრონ ერთზე მეტი არომატული რგოლი მთავარი მექანიზმის მეშვეობით.
სინთეზის მახასიათებლები
ორგანულ ქიმიაში ალკილბენზოლის იზომერების ნარევის წარმოქმნა აიხსნება ორი მიზეზით. პირველ რიგში, როგორც ზემოთ აღინიშნა, კარბოკატიონის ფორმირება ზოგჯერ უფრო ხელსაყრელ გადაწყობას გულისხმობს, რის გამოც წარმოიქმნება სხვადასხვა პროდუქტის სტრუქტურა. მეორეც, მათი რაოდენობრივი შემადგენლობა რეგულირდება ტემპერატურული რეჟიმით (0 °C-დან 80 °C-მდე), ანუ ტემპერატურის მატებით, კონკრეტული სტრუქტურის ფორმირების ენერგიის მოხმარების კომპენსაციის მიზნით, შეიძლება მიაღწიოსერთ-ერთი იზომერის უფრო მაღალი გამოსავლიანობა. იგივე პრინციპი ვრცელდება დიალკილბენზოლების წარმოქმნაზე, სადაც ორთო- და პარა-პოზიციები ადგილს უთმობენ მეტაორიენტაციას ტემპერატურის მატებასთან ერთად.
შეზღუდვები სინთეზის გამოყენებისას
არის 3 ნიუანსი, რომლის გამოც Friedel‒Crafts რეაქცია შეიძლება იყოს გვერდითი მოვლენები ან საერთოდ არ წავიდეს.
ელექტროდეფიციტური შემცვლელების შეყვანა არომატულ რგოლში თან ახლავს არენის დეაქტივაციას შემდგომი ჩანაცვლებითი რეაქციების მიმართ. მაგალითად, როდესაც ნიტრონიუმის იონს ემატება ალკილბენზოლები, სინთეზი უფრო რთულია, რადგან ის იზიდავს ელექტრონის სიმკვრივეს თავისკენ, აზოტის ტენდენციის გამო, შეავსოს ცარიელი უჯრედი გარე ენერგიის დონეზე. ამავე მიზეზების გამო, პოლინიტრაცია ან, მაგალითად, პოლისულფონაცია ხდება ძალიან მძიმე პირობებში, რადგან ყოველი შემდგომი სინთეზით არომატული რგოლი კარგავს რეაქტიულობას.
ამიტომ, Friedel-Crafts-ის სინთეზი არ მიმდინარეობს, თუ არომატული რგოლი შეიცავს ელექტროდეფიციტურ შემცვლელებს, განსაკუთრებით მათ, რომლებსაც აქვთ ძლიერი ძირითადი თვისებები, რომლებიც აკავშირებენ ლუისის მჟავებს (მაგალითად -NH2, –NHR, -NR2). მაგრამ რეაქციები, მაგალითად, ჰალობენზოლებთან ან არომატულ კარბოქსილის მჟავებთან მიჰყვება ტიპურ მექანიზმს, თუმცა ისინი ნაკლებად რეაქტიულნი არიან.
მნიშვნელოვანია აგრეთვე ნახშირბადის იონის გადაწყობა პროცესში ან პროდუქტის ბოლოს, ვინაიდან მასზე დიდ გავლენას ახდენს სინთეზის პირობები, კერძოდ, ტემპერატურა და ალკილირებული ნივთიერების სიჭარბე.
ნაცვლადალკილის ჰალოგენები R‒X (R=ალკილის ჯგუფი, X=ჰალოგენი) Ar‒X ჰალოგენიდები (Ar=არომატული ნაერთი) არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას, რადგან ისინი ძალიან რთულია შემცვლელის ამოღება ლუისის მჟავების გავლენის ქვეშაც კი.
