Формилирование: Гаттерман — Кох, Гаттерман, Вильсмайер — Хаак
Три способа формилирования
linkОпора
- Урок 181. Ацилирование по Фриделю — Крафтсу — ацилировать арены и восстанавливать кетоны
Ацилирование (урок 181) вводит в кольцо кетонную группу. Альдегидную группу так ввести нельзя: формилхлорид \(\ce{HCOCl}\) неустойчив и в чистом виде не существует. Поэтому группу CHO вводят в кольцо обходными путями, и выбор метода зависит от активности кольца. Ароматические альдегиды — важные полупродукты: из них получают кислоты, спирты и метильные производные, а многие из них, например ванилин, — душистые вещества.
Как выбрать метод формилирования
- Гаттерман — Кох. Бензол и алкилбензолы формилируют смесью CO и HCl с \(\ce{AlCl3}\) и CuCl.
- Гаттерман. Фенолы и их эфиры формилируют синильной кислотой (или \(\ce{Zn(CN)2}\)) с HCl и \(\ce{ZnCl2}\): сначала образуется соль иминия, а её гидролиз даёт альдегид.
- Вильсмайер — Хаак. Диметилформамид с \(\ce{POCl3}\) образует хлориминиевый ион. Это слабый электрофил, и он формилирует только очень активные кольца: диалкиланилины, ди- и триметоксибензолы.
- Формильная группа вступает в пара-положение к активатору.
Примеры
1. Гаттерман — Кох: бензол → бензальдегид. Смесь оксида углерода и хлороводорода под давлением с хлоридом алюминия и хлоридом меди(I) формилирует бензол и алкилбензолы.
2. Гаттерман: анизол → 4-метоксибензальдегид. Синильная кислота с хлороводородом и хлоридом цинка даёт иминиевый электрофил; после гидролиза получается альдегид. Метод годится для фенолов и их эфиров.
3. Вильсмайер — Хаак: 1,3-диметоксибензол → 2,4-диметоксибензальдегид. Реагент из диметилформамида и оксихлорида фосфора — слабый электрофил, и он формилирует только очень активные кольца.
errorСлабый электрофил формилирует только активированное кольцо
Реагент Вильсмайера не атакует бензол и толуол: для них нужен более сильный электрофил, то есть метод Гаттермана — Коха. Выбирайте метод по активности кольца: чем богаче электронами кольцо, тем более мягкий реагент можно взять.
edit_noteПопробуйте сами
Каким методом формилировать этилбензол?
expand_moreПоказать решение
Методом Гаттермана — Коха: смесью CO и HCl с \(\ce{AlCl3}\) и CuCl.
Формилирование в синтезе
Ароматический альдегид из первой части урока — удобный полупродукт. Группу CHO можно восстановить до метильной, окислить до карбоксильной или использовать как ориентант при следующем замещении.
Как использовать ароматический альдегид
- Восстановление по Клемменсену превращает группу CHO в метильную; так получают метиларены.
- Окислители превращают группу CHO в карбоксильную.
- Группа CHO — дезактиватор и мета-ориентант: при следующем замещении она направит электрофил в мета-положение.
Примеры
1. Восстановление по Клемменсену. 4-Метоксибензальдегид превращается в 4-метиланизол: так на кольцо в определённое положение вводят метильную группу.
2. Окисление. Перманганат окисляет бензальдегид до бензойной кислоты.
errorтрет-Бутильная группа снимается кислотой
Сильная кислота при нагревании отщепляет трет-бутильную группу от кольца (обратная реакция Фриделя — Крафтса, урок 180). Поэтому её используют как временную защиту: она занимает пара-положение, направляет формилирование в нужное положение, а затем её снимают.
edit_noteПопробуйте сами
Что даст бензальдегид по Клемменсену?
expand_moreПоказать решение
Толуол: группа CHO восстанавливается до метильной.
push_pinГлавное
Формилхлорид неустойчив, поэтому электрофил \(\ce{HC#O+}\) создают иначе: Гаттерман — Кох — CO и HCl с \(\ce{AlCl3}\)/CuCl (алкилбензолы; не для фенолов и эфиров фенолов); Гаттерман — HCN (или \(\ce{Zn(CN)2}\)) и HCl с \(\ce{ZnCl2}\), через иминий и гидролиз (фенолы и их эфиры); Вильсмайер — Хаак — ДМФА и \(\ce{POCl3}\) (очень активные арены: диалкиланилины, пирролы). Формильная группа вступает в пара-положение.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.