Фенол эфирінің кето-субституцияланған фенолға қайта орналасу реакциясы
Fries rearrangement
Фрисс реакциясы: фенол эфирлерінің кето тотыққан фенолға айналуы. Lewis қышқылы катализімен жүзеге асады, орта және пара өнімдеріне басымдық береді. Механизмі әлі анықталған жоқ.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Фриздің қайта орналасу реакциясы – фенол эфирінің кето тобымен алмастырылған фенолға айналу реакциясы. Неміс химигі Карл Теофил Фриз есімімен аталған Фриздің қайта орналасу реакциясы – бұл фенол эфирінің Льюис қышқылдарының катализі арқылы гидроксиарилкетонға айналу реакциясы. Реакция кезінде фенол эфирінің ацил тобы арил сақинасына көшеді. Реакция орто және пара изомерлерін қалыптастыруға бағытталған, ал температура мен еріткіш сияқты реакция жағдайларын өзгерту арқылы екі өнімнің біреуі басым болуы мүмкін.
Rearrangement reaction of a phenolic ester to a keto substituted phenol
The Fries rearrangement, named for the German chemist Karl Theophil Fries, is a rearrangement reaction of a phenolic ester to a hydroxy aryl ketone by catalysis of Lewis acids. It involves migration of an acyl group of phenol ester to the aryl ring. The reaction is ortho and para selective and one of the two products can be favoured by changing reaction conditions, such as temperature and solvent.
Механизм
Көптеген күш-жігерге қарамастан, Фрис қайта орналасуының нақты реакция механизмі анықталған жоқ. Аралас реактивтермен жүргізілген кроссовер тәжірибелері арқылы молекулааралық және молекулаішілік механизмдерге дәлелдер алынды. Реакцияның барысы еріткіш немесе субстратқа тәуелді емес. Көп тараған механизм карбокация аралық құрамын қамтиды. Бірінші реакция қадамында Льюис қышқылы, мысалы, алюминий хлориді, ацил тобының карбонил оттегі атомымен координацияласады. Бұл оттегі атомы фенол оттегі атомына қарағанда электронға байып, артық электронды және Льюис негізі болып табылады. Бұл өзара әрекеттесу ацил қалдығы мен фенол оттегі атомы арасындағы байланысты поляризациялайды, ал алюминий хлориді тобы фенол оттегі атомына қайта орналасады. Бұл нәтижесінде ароматты сақинамен классикалық электрофильді ароматты алмастыруға қатысатын бос ацилий карбокациясы пайда болады. Бөлінген протон хлорлы қышқыл түрінде шығарылады, онда хлор алюминий хлоридінен алынған. Субституциялық реакцияның бағыты температураға тәуелді. Төмен реакция температурасы пара-алмастыруға жақын, ал жоғары температурада орто өнімі басым болады, бұл классикалық термодинамикалық және кинетикалық реакция бақылауын көрсетеді деп түсіндіруге болады, себебі орто өнімі алюминиймен тұрақты бидентатты кешен құрауы мүмкін. Орто өнімінің түзілуі полярлы емес еріткіштерде де жақсы байқалады; еріткіш полярлығы артқан сайын пара өнімінің үлесі де артады.
Despite many efforts, a definitive reaction mechanism for the Fries rearrangement has not been determined. Evidence for inter and intramolecular mechanisms have been obtained by crossover experiments with mixed reactants. The reaction progress is not dependent on solvent or substrate. A widely accepted mechanism involves a carbocation intermediate. In the first reaction step a Lewis acid for instance aluminium chloride co ordinates to the carbonyl oxygen atom of the acyl group. This oxygen atom is more electron rich than the phenolic oxygen atom and is the preferred Lewis base. This interaction polarizes the bond between the acyl residue and the phenolic oxygen atom and the aluminium chloride group rearranges to the phenolic oxygen atom. This generates a free acylium carbocation which reacts in a classical electrophilic aromatic substitution with the aromatic ring. The abstracted proton is released as hydrochloric acid where the chlorine is derived from aluminium chloride. The orientation of the substitution reaction is temperature dependent. A low reaction temperature favors para substitution and with high temperatures the ortho product prevails, this can be rationalised as exhibiting classic thermodynamic versus kinetic reaction control as the ortho product can form a more stable bidentate complex with the aluminium. Formation of the ortho product is also favoured in non polar solvents; as the solvent polarity increases, the ratio of the para product also increases.
Қолданылу аясы
Фенолдар Friedel-Crafts ацилилеу жағдайларында ацил галоидтармен реакцияға түскенде гидроксиарилкетондардың орнына эфирлерді түзетін реакцияға түседі. Сондықтан, бұл реакция бірнеше фармацевтикалық препараттар үшін маңызды аралық заттар болып табылатын гидроксиарилкетондарды синтездеуде өнеркәсіптік маңызы зор. Алюминий хлоридіне альтернатива ретінде, бор трифториді және висмут трифлаты сияқты басқа Льюис қышқылдары немесе фторсутек және метансульфон қышқылы сияқты күшті протондық қышқылдар да қолданылуы мүмкін. Бұл коррозиялық және экологиялық зиянды катализаторларды пайдаланудан толығымен бас тарту мақсатында, альтернативті гетерогенді катализаторларды зерттеу жұмыстары белсенді түрде жүргізілуде.
Phenols react to form esters instead of hydroxyarylketones when reacted with acyl halides under Friedel Crafts acylation conditions. Therefore, this reaction is of industrial importance for the synthesis of hydroxyarylketones, which are important intermediates for several pharmaceuticals. As an alternative to aluminium chloride, other Lewis acids such as boron trifluoride and bismuth triflate or strong protic acids such as hydrogen fluoride and methanesulfonic acid can also be used. In order to avoid the use of these corrosive and environmentally unfriendly catalysts altogether research into alternative heterogeneous catalysts is actively pursued.
Шектері
Барлық жағдайларда Фрис қайта орналасуының қатал жағдайларын көтере алатын тұрақты ацил топтары бар эфирлерді ғана қолдану керек. Ароматтық немесе ацил компоненті күшті түрде алмастырылған болса, стерикалды кедергілерге байланысты химиялық шығым азаяды. Бензол сақинасындағы деактивациялық мета-бағыттаушы топтардың болуы да, күтілгендей, Фридель-Крафтс ацилденуіне кері әсер етеді.
In all instances only esters can be used with stable acyl components that can withstand the harsh conditions of the Fries rearrangement. If the aromatic or the acyl component is heavily substituted then the chemical yield will drop due to steric constraints. Deactivating meta directing groups on the benzene group will also have an adverse effect as can be expected for a Friedel–Crafts acylation.
Фото-Фриздің қайта орналасуы
Кәдімгі термикалық фенил эфир реакциясынан басқа, фотохимиялық нұсқасы да мүмкін. Фото Фридің қайта орналасуы [1,3] және [1,5] өнімдерін де бере алады, бұл радикалды реакция механизмімен жүзеге асырылады. Бұл реакция ароматикалық топтағы деактивациялайтын топтардың болуында да мүмкін. Өнімнің төмен болуына байланысты, бұл әдіс коммерциялық өндірісте қолданылмайды. Дегенмен, Фото Фридің қайта орналасуы табиғи жағдайда да кездесуі мүмкін, мысалы, ароматикалық поликарбонат, полиэстер немесе полиуретаннан жасалған пластик затты күнге ұсынғанда (алифатикалық карбонилдер Норриш реакциясына түседі, олар шамалы ұқсас). Бұл жағдайда эфирлік топтардың фотолизі пластиктен фталаттың шығуына (леaching) әкелуі мүмкін.
In addition to the ordinary thermal phenyl ester reaction a photochemical variant is possible. The photo Fries rearrangement can likewise give [1,3] and [1,5] products, which involves a radical reaction mechanism. This reaction is also possible with deactivating substituents on the aromatic group. Because the yields are low this procedure is not used in commercial production. However, photo Fries rearrangement may occur naturally, for example when a plastic object made of aromatic polycarbonate, polyester or polyurethane, is exposed to the sun (aliphatic carbonyls undergo Norrish reactions, which are somewhat similar). In this case, photolysis of the ester groups would lead to leaching of phthalate from the plastic.
Аниондық картоптарды қайта орналастыру
Аниондық Фрис қайта орналасуында күшті негізбен арил эстерлерінің, карбаматтардың және карбонаттардың ортометалдануы ортокарбонил туындыларын түзетін қайта орналасуға алып келеді.
In the anionic Fries rearrangement ortho metalation of aryl esters, carbamates and carbonates with a strong base results in a rearrangement to give ortho carbonyl species.