芳香族求電子置換反応 (electrophilic aromatic substitution)

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1 芳香族求電子置換反応 (electrophilic aromatic substitution)
p.1021 ↔芳香族求核置換反応 ベンゼン環はπ電子雲をもっており、一般的に電子豊富である。 電子豊富な芳香環は、求電子剤(E+)と反応しうる。しかし、アルケンやジエンと 異なり、付加反応ではなく置換反応が進行する。 置換反応(水素原子が求電子剤で置換される) (塩基) アレーニウムカチオン中間体 (arenium cation) s錯体, Wheland中間体とも呼ぶ 付加反応(一般的に進行しない) 付加生成物は芳香族性が崩れており不安定であり、逆反応で生成物に戻る(教科書図19.2参照)

2 芳香族求電子置換反応の種類 ② スルホン化 p.1026-1028 ニトロ化 p.1025-1026 ハロゲン化 conc. H2SO4
ハロゲン化、ニトロ化、スルホン化、Friedel-Craftsアルキル化、Friedel-Craftsアシル化に ついて、反応機構や特長、試薬についてよく復習すること スルホン化 p ニトロ化 p ハロゲン化 conc. H2SO4 p HNO3 cat. H2SO4 X2, additive RX, AlCl3 RCOCl, AlCl3 ジアゾ化 Friedel-Craftsアルキル化 p その他、ホルミル化、 ニトロソ化なども。 p Friedel-Craftsアシル化

3 ベンゼンのハロゲン化 ③ p.1023~ 臭素化 塩素化 ヨウ素化 ルイス酸触媒 FeBr3を再生(触媒量でよい) 臭素化とほぼ同じ
Brの非共有電子対が、Feの空軌道に電子を渡す(配位結合) アート錯体(ate complex) Baseは反応混合物中の塩基を表す。 この場合、溶媒であったり-FeBr4、Br-で あったりして特定できないことが多い。 より優れた求電子剤 FeBr3を再生(触媒量でよい) 塩素化 臭素化とほぼ同じ ルイス酸触媒 ヨウ素化 酸化剤 I2は酸化剤によりI+に変化し、ヨードニウムカチオンが置換反応を起こす

4 ベンゼンのニトロ化 ベンゼンのスルホン化 ④ p.1025~ p.1026~ ニトロニウムイオンの形成
硝酸 ベンゼンのスルホン化 p.1026~ スルホニウムイオン(活性種) 三酸化硫黄 スルホン化の特徴:可逆的であり、希薄な酸存在下加熱することで逆反応が促進する 脱スルホン化 濃硫酸中では平衡は左に片寄るが、希薄酸中では硫酸源がなければ平衡は右に片寄る。

5 Friedel-Craftsアシル化 Friedel-Craftsアルキル化 ⑤ p.1028~ p.1029~ アシリウムイオンの 生成
ルイス酸 酸クロリドでも 酸無水物でも反応は進行 アシリウムイオンの 生成 空軌道 Gatterman-Koch反応 (一酸化炭素を用いた ホルミル化) p.1029 Friedel-Craftsアルキル化 p.1029~ しかし、次頁に示す副反応が 起こるという問題点あり

6 ⑥ Friedel-Craftsアルキル化反応の問題 解決方法:n-プロピルベンゼンを収率よく得るためには?
過反応の問題:複数のアルキル基が置換 異性化の問題:アルキルカチオンが1,2-シフトで異性化する 通常、ベンゼンを過 剰量用いることで副 反応を抑制する 過剰量 60~80% minor 副生成物 第一級カルボカチオン 第二級カルボカチオン(より安定) 生成物のほうが電子豊富(アルキル基は 電子供与基)であるため、さらなるFriedel- Craftsアルキル化が進行 解決方法:n-プロピルベンゼンを収率よく得るためには? Friedel-Craftsアシル化 還元 アリールケトンの還元方法(p.1033) 生成物は、原料より電子不足(カルボニル基は 電子求引基)であるため、さらなるFriedel-Craftsアシル化は進行しない。 すなわち、ベンゼンを過剰に用いる必要もない。 接触水素化(H2, Pd/C) Clemmensen還元(Zn, HCl, 加熱) Wolff-Kishner還元(NH2NH2, OH-, 加熱) 3の反応機構はよく練習してください

7 ベンゼン環状の置換基を化学的に変換する反応
ベンゼン環状の置換基を化学的に変換する反応 P.1034~1037の反応は重要です。 反応原料、試薬、生成物をセットで覚えましょう。 (金属触媒を用いる反応の、反応機構の矢印は現在の知識では理解が難しいです)


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