Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Реакция перегруппировки фенольного эфира в кетозамещенный фенол.
Rearrangement reaction of a phenolic ester to a keto substituted phenol
Перегруппировка Фриса, названная в честь немецкого химика Карла Теофила Фриса, — это реакция перегруппировки фенольного эфира в гидроксиарилкетон, катализируемая кислотами Льюиса. Она включает в себя миграцию ацильной группы фенольного эфира к ароматическому кольцу. Реакция является орто- и пара-селективной, и один из двух продуктов может быть предпочтительно получен путем изменения условий реакции, таких как температура и растворитель.
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
Несмотря на многочисленные усилия, окончательный механизм реакции перегруппировки Фриса не установлен. Свидетельства в пользу меж- и внутримолекулярных механизмов были получены в ходе кроссоверных экспериментов со смешанными реагентами. Ход реакции не зависит от растворителя или субстрата. Широко принятый механизм включает в себя карбокатионный интермедиат. На первом этапе реакции кислота Льюиса, например, хлорид алюминия, координируется с атомом кислорода карбонильной группы ацильного фрагмента. Этот атом кислорода более электронообогащен, чем фенольный атом кислорода, и является предпочтительным основанием Льюиса. Это взаимодействие поляризует связь между ацильным остатком и атомом фенольного кислорода, а группа хлорида алюминия переходит к фенольному атому кислорода. В результате образуется свободный ацилиевый карбокатион, который вступает в классическую электрофильную ароматическую реакцию замещения с ароматическим кольцом. Отщепленный протон высвобождается в виде хлороводородной кислоты, при этом хлор происходит из хлорида алюминия. Ориентация реакции замещения зависит от температуры. Низкая температура реакции благоприятствует пара-замещению, а при высоких температурах преобладает орто-продукт, что можно объяснить классическим термодинамическим и кинетическим контролем реакции, поскольку орто-продукт способен образовывать более стабильный бидентатный комплекс с алюминием. Образование орто-продукта также предпочтительно в неполярных растворителях; с увеличением полярности растворителя увеличивается и соотношение пара-продукта.
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.
Область применения
Фенолы вступают в реакцию с образованием сложных эфиров вместо гидроксиарилкетонов при взаимодействии с ацилгалогенидами в условиях ацилирования по Фриделю-Крафтсу. Поэтому эта реакция имеет промышленное значение для синтеза гидроксиарилкетонов, которые являются важными промежуточными соединениями для ряда фармацевтических препаратов. В качестве альтернативы хлориду алюминия могут также использоваться другие кислоты Льюиса, такие как трифторид бора и трифлат висмута, или сильные протонные кислоты, такие как фтороводородная кислота и метансульфоновая кислота. С целью избежать использования этих коррозионно-активных и вредных для окружающей среды катализаторов, активно ведутся исследования альтернативных гетерогенных катализаторов.
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.
Пределы
Во всех случаях могут использоваться только сложные эфиры, содержащие стабильные ацильные компоненты, способные выдерживать жесткие условия перегруппировки Фриса. Если ароматический или ацильный компонент сильно замещен, то химический выход снизится из-за стерических затруднений. Деактивирующие мета-ориентирующие группы в бензольном кольце также окажут негативное влияние, что ожидаемо для ацилирования по Фриделю-Крафтсу.
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.
Перестановка фото-фриз
В дополнение к обычной реакции термического фенилового эфира возможен фотохимический вариант. Перестановка фото-Фриделя-Крафтса также может приводить к образованию [1,3] и [1,5] продуктов, что связано с радикальным механизмом реакции. Эта реакция возможна и при наличии дезактивирующих заместителей в ароматическом кольце. Из-за низких выходов эта процедура не используется в промышленном производстве. Однако перестановка фото-Фриделя-Крафтса может происходить естественным образом, например, при воздействии солнечного света на пластиковые изделия из ароматического поликарбоната, полиэстера или полиуретана (алифатические карбонилы подвергаются реакциям Норриша, которые в некоторой степени аналогичны). В этом случае фотолиз эфирных групп может приводить к выщелачиванию фталатов из пластика.
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.
Перестановка анионных фриз
В анионной перегруппировке Фриса ортометаллирование ариловых эфиров, карбаматов и карбонатов сильным основанием приводит к перегруппировке с образованием орто-карбонильных соединений.
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.