酰氯、酸酐、羧酸、烯酮等酰化试剂在Lewis酸或质子酸催化下,对芳烃进行亲电取代而生成芳酮的反应,称为Friedel-Crafts酰基化反应(F-C酰基化反应)。利用分子内的F-C酰基化反应可以合成环状化合物,从反应机理上看,属于芳环上的亲电取代反应,在F-C成环反应中应用较多的是F-C酰基化反应。例如:
苯与丁二酸酐在无水三氯化铝催化下合成1-四氢萘酮的反应称为Haworth反应。反应的第一步是F-C酰基化反应生成芳香酮酸,芳香酮酸的酮羰基被还原为亚甲基生成相应的羧酸,羧酸再在催化剂存在下发生分子内的亲电取代生成1-四氢萘酮。继续还原、脱氢则生成萘,是化学合成萘的方法之一。
分子内的F-C酰基化反应,可以使用相应的酰卤、酸酐、羧酸、羧酸酯等,有时也可以使用烯酮。
芳基取代的脂肪酰氯,特别是芳基取代在 β 、 γ 、 δ -位时,可以发生分子内酰化生成环状羰基化合物。
对于酰氯来说,关环常用的催化剂是Lewis酸,如AlCl 3 、ZnCl 2 等。
F-C酰基化反应的反应机理比较复杂,不同的反应条件其机理也可能不同。已经证明,使用酰氯,以氯化铝作催化剂时,反应过程中有如下配合物以及部分酰基正离子存在。
反应历程主要有两种,多数情况下可能是以离子对或酰基正离子游离状态参与反应的;另一种则是以配合物的形式进行的。这和普通芳环上以酰氯为酰化剂的F-C反应是一样的。
当芳环上进行以酰氯为酰化剂的F-C酰基化反应时,若酰氯分子中的 β 、 γ 、 δ -位上连有卤素、羟基以及含有 α , β -不饱和双键等活性基团时,则可以发生分子内的F-C烃基化反应而环合。例如如下反应:
以羧酸为酰化试剂时的关怀反应催化剂通常是酸,如硫酸、磷酸、多聚磷酸(PPA)、五氯化磷等。它们除了起脱水作用外,更重要的是促进生成亲电性的酰基正离子,环合的收率一般都比较高。常用的是多聚磷酸。
与上述萘的合成相类似的一个反应是菲的合成。
具有芳香环的羧酸分子内酰化是制备稠环化合物的方法之一,常用的催化剂是PPA,硫酸等,例如:
微波技术也可用于酰化反应,例如:
β -苯基乙基溴化镁与环己酮反应,随后生成的叔醇在硫酸作用下环合,生成八氢菲衍生物,该反应称为Bogert-Cook反应。该反应是由Bogert M T和Cook J W分别于1933年报道的。
邻酰基二芳基甲烷在酸催化剂存在下进行环合,生成蒽类衍生物。
不过该反应称为Bradsher反应。有关内容详见Bradsher反应。
2-甲基茚满酮
C 10 H 10 O,146.19
【英文名】 2-Methylindanone
【性状】 无色液体。bp 125~127℃/2.4kPa。溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮等有机溶剂,不溶于水。
【制法】 段行信.实用精细有机制备手册.北京:化学工业出版社,2000:82.
α -甲基苯丙酰氯( 3 ):于安有搅拌器、回流冷凝器(顶部安氯化钙干燥管,并与氯化氢、二氧化硫气体吸收装置相连)、滴液漏斗的反应瓶中,加入 α -甲基苯丙酸( 2 )164g(1.0mol),慢慢滴加氯化亚砜170g,反应缓和后,水浴加热回流4h。减压蒸出氯化亚砜,得 α -甲基苯丙酰氯( 3 )。
2-甲基茚满酮( 1 ):于安有搅拌器、回流冷凝器(顶部安氯化钙干燥管,并与氯化氢气体吸收装置相连)、滴液漏斗的反应瓶中,加入干燥的二硫化碳800mL,无水三氯化铝170g(1.2mol),冰水浴冷至5℃以下,慢慢滴加上述 α -甲基苯丙酰氯( 3 )。加完后撤去冰水浴,自然升温至室温,继续搅拌反应3h。加热至沸。冷后慢慢倒入碎冰中,充分搅拌。分出有机层,水洗。蒸出二氧化硫后,剩余物减压分馏,收集125~127℃/2.4kPa的馏分,得2-甲基茚满酮( 1 )87g,收率60%。
9,10-二氢-4 H -苯并[4,5]环庚-3-酮基(1,2- b )噻吩
C 13 H 10 OS,214.28
【英文名】 9,10-Dihydro-4 H -benzo[4,5]cyclohepta[1,2- b ]thiophen-4-one
【性状】 bp 165~180℃/26~57Pa。溶于苯、甲苯、乙醇、乙醚、氯仿,不溶于水。
【制法】 Murty M S R,Ramalingam T,Sabitha G,et al.Heterrocyclic Communica-tion,2001,7(5):449.
于安有搅拌器、温度计、回流冷凝器的反应瓶中,加入多聚磷酸850g,二甲苯580mL,搅拌下加热至120℃,分批加入2-[ β -(2-噻吩基)乙基]苯甲酸( 2 )100g(0.463mol),加完后于120~130℃保温反应11h。冷却后,搅拌下慢慢倒入约4L水和1L甲苯的混合体系中,充分搅拌。分出有机层,水层用甲苯提取两次。合并有机层,水洗两次,无水硫酸钠干燥,活性炭脱色。减压蒸馏,先回收甲苯和二甲苯,而后收集165~180℃/26~57Pa的馏分,得9,10-二氢-4 H -苯并[4,5]环庚-3-酮基[1,2- b ]噻吩( 1 ),收率75%。