Алкилирование по Фриделю — Крафтсу — Органическая химия для олимпиад

Алкилирование по Фриделю — Крафтсу

8 заданий

Механизм и перегруппировки

linkОпора

До сих пор в кольцо вводили атомы галогенов и группы, связанные с кольцом через азот или серу. Реакция Фриделя — Крафтса позволяет образовать новую связь углерод–углерод и присоединить к кольцу алкильную группу; так в промышленности получают этилбензол и кумол. Алкилирование по Фриделю — Крафтсу — это электрофильное замещение (урок 177), в котором электрофилом служит карбокатион. Карбокатион ведёт себя здесь так же, как в других реакциях (урок 88): он может перегруппироваться в более устойчивый ещё до атаки на кольцо.

Как алкилировать арен

  1. Хлорид алюминия отрывает хлорид-ион от алкилгалогенида: \(\ce{R-Cl + AlCl3 -> R+ + AlCl4-}\). Первичные алкилгалогениды дают не свободный катион, а поляризованный комплекс с \(\ce{AlCl3}\).
  2. Карбокатион атакует кольцо, образуется σ-комплекс, и после отщепления протона получается алкиларен.
  3. Если катион может перегруппироваться в более устойчивый, он это делает: из 1-хлорпропана получается кумол, а не пропилбензол.
  4. Карбокатион получают и из алкенов или спиртов действием кислоты (\(\ce{H3PO4}\), HF, \(\ce{H2SO4}\)).
Кумол из 1-хлорпропана: гидридный сдвиг
Кумол из 1-хлорпропана: гидридный сдвиг
кумол: основной продукт
кумол: основной продукт
пропилбензол: минорный
пропилбензол: минорный
ацетофенон: из ацетилхлорида
ацетофенон: из ацетилхлорида
Кумол — основной, пропилбензол — минорный

Примеры

1. Бензол и трет-бутилхлорид. Хлорид алюминия отрывает хлорид, устойчивый третичный катион атакует кольцо: получается трет-бутилбензол.

Третичный катион атакует кольцо без перегруппировок
Третичный катион атакует кольцо без перегруппировок

2. Бензол и пропен. Фосфорная кислота протонирует пропен по Марковникову, вторичный катион алкилирует бензол — так в промышленности получают кумол.

Алкен с кислотой — тоже источник карбокатиона
Алкен с кислотой — тоже источник карбокатиона

3. Бензол и 1-хлорбутан. Первичный катион перегруппировывается гидридным сдвигом во вторичный, поэтому главный продукт — втор-бутилбензол, а не бутилбензол.

Гидридный сдвиг опережает атаку на кольцо
Гидридный сдвиг опережает атаку на кольцо

errorПервичный катион перегруппировывается

Линейную боковую цепь длиннее этила алкилированием по Фриделю — Крафтсу ввести нельзя: первичный катион успевает превратиться во вторичный или третичный. Для неразветвлённой цепи используют ацилирование с последующим восстановлением кетона (урок 181).

edit_noteПопробуйте сами

Какой продукт даст бензол с 1-хлор-2-метилпропаном и \(\ce{AlCl3}\)?

expand_moreПоказать решение

трет-Бутилбензол: первичный катион превращается в третичный гидридным сдвигом.

Ограничения алкилирования

Перегруппировки из первой части урока — не единственная трудность алкилирования. Реакция не идёт с дезактивированными кольцами, не работает с некоторыми субстратами и легко идёт дальше первого замещения, поэтому нужно знать её ограничения.

Когда алкилирование не идёт или идёт плохо

  1. Кольцо с сильным акцептором (\(\ce{NO2}\), \(\ce{SO3H}\), C=O, CN) в реакцию не вступает.
  2. Анилин и фенол не алкилируются: группы \(\ce{NH2}\) и OH связывают \(\ce{AlCl3}\), и кольцо дезактивируется.
  3. Винил- и арилгалогениды не образуют карбокатионов и поэтому не алкилируют арены.
  4. Алкильная группа активирует кольцо, и продукт алкилируется быстрее исходного арена. Чтобы остановиться на моноалкилировании, берут избыток арена.
  5. Алкилирование обратимо: трет-бутильная группа отщепляется при нагревании с кислотой, поэтому ею временно защищают пара-положение.
\[\ce{C6H6 ->[\ce{CH3Cl}, \ce{AlCl3}] C6H5CH3 ->[\ce{CH3Cl}, \ce{AlCl3}] C6H4(CH3)2}\]

Примеры

1. Бензонитрил не алкилируется. Нитрильная группа — сильный акцептор, она дезактивирует кольцо, и карбокатион не может его атаковать.

бензонитрил: не вступает в алкилирование
бензонитрил: не вступает в алкилирование
Акцептор в кольце останавливает реакцию Фриделя — Крафтса

2. Обратимость алкилирования. трет-Бутилбензол при нагревании с серной кислотой теряет трет-бутильную группу: отщепляется устойчивый третичный катион, который превращается в 2-метилпропен. Так трет-бутильную группу используют как временную защиту пара-положения.

Устойчивый катион легко покидает кольцо
Устойчивый катион легко покидает кольцо

3. Полиалкилирование. Алкильная группа активирует кольцо, поэтому толуол реагирует быстрее бензола, и при недостатке бензола получаются ксилолы. Чтобы остановиться на моноалкилировании, берут большой избыток арена.

Продукт активнее исходного — реакция идёт дальше
Продукт активнее исходного — реакция идёт дальше

errorАкцептор в кольце выключает реакцию Фриделя — Крафтса

Если в кольце есть нитрогруппа, сульфогруппа, карбонильная или нитрильная группа, ни алкилирование, ни ацилирование не идут: кольцо слишком бедно электронами для атаки карбокатиона. Анилин и фенол тоже не алкилируются, но по другой причине: их группы \(\ce{NH2}\) и OH связывают хлорид алюминия.

edit_noteПопробуйте сами

Почему хлорбензол с \(\ce{AlCl3}\) не даёт «фенил-катиона» для алкилирования бензола?

expand_moreПоказать решение

Арилгалогенид не ионизуется: фенил-катион очень неустойчив.

push_pinГлавное

Галогеналкан с \(\ce{AlCl3}\) (или алкен и спирт с протонной кислотой) даёт карбокатион или поляризованный комплекс, который алкилирует кольцо. Ограничения: карбокатион перегруппировывается (1-хлорпропан даёт кумол), продукт активнее исходного (полиалкилирование — берут избыток арена), не реагируют кольца с сильными акцепторами и амины. Винил- и арилгалогениды не алкилируют.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.