По реакция алкилирования и ацилирования в ароматические соединения можно ввести алкильные и ацильные группы.
Как уже было рассмотрено ранее фенолы алкилируются в кольцо под действием самых разнообразных алкилирующих агентов:
- алкенов;
- спиртов;
- алкилгалогенидов в условиях кислотного катализа.
Ацилирование фенолов также осуществляют различными методами.
Алкилирование фенолов по Фриделю-Крафтсу
Фенол подвергается алкилированию по Фриделем - Крафтса при обработке алкилирующим агентом, кислотой Льюиса, такой как $FeBr_3$ или $A1C1_3$ и катализатором. При этом образуются соли типа $ArOAlCl_2$. Примером является взаимодействие крезола с изобутиленом с образованием пространственно затрудненного фенола - 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола (ионола):
Рисунок 1.
Аналогично по реакции фенола с изопропиловым спиртом получают 2,4,6-триизопропилфенол:
Рисунок 2.
При таком алкилировании по Фриделю - Крафтсу атакующим электрофилом является алкилкатион, образующийсяпо реакции алкил с кислотой Льюиса. При отсутствии других нуклеофилов эти электрофильные частицы реагируют с ароматическим кольцом.
Алкилирование по Фриделю - Крафтсу имеет два важных ограничения, которые сильно уменьшают его ценность и делают реакцию вообще менее выгодной, чем ацилирование. Алкилфенолы в общем случае более реакционные в реакциях электрофильного замещения, чем сам фенол. Учитывая это алкилирование по Фриделю - Крафтсу имеет склонность к дальнейшему алкилированию, в результате чего образуются диалкил- или более алкилированные продукты, как это показано в обоих случаях, рассмотренных выше.
Единственным практическим путем управления подобными реакциями замещения является поддержание большого избытка фенола. Этот способ приемлем для самого бензола, поскольку он относительно дешевый и летучий, но неприемлем для большинства его замещенных производных, которые стоят дороже или менее доступны.
Другое важное ограничение алкилирования по Фриделю - Крафтсу связано с альтернативной реакцией многих карбокатионов, в частности при отсутствии реакционных нуклеофилов, а именно с перегруппировкой в изомерные карбокатионы.
Проведение моноалкилирования по Фриделю - Крафтсу отличается крайне невысокой региоселективностью и приводит к получению смесей орто- и пара-изомерных продуктов. Алкилирование фенолов - обратимая реакция, и при наличии сильных кислот Льюиса, при условии термодинамического контроля реакции происходят перегруппировки:
Рисунок 3.
Классическое ацилирование фенолов по Фриделю-Крафтсу
В классических условиях ацилирование фенолов по Фриделю-Крафтсу с использованием комплексов ацилгалогенида с хлоридом алюминия приводит к неудовлетворительным выходам продуктов, так как в ацилирование вступает и гидроксильная группа фенола. Более эффективным методом является ацилирование с использованием комплекса карбоновой кислоты с трехфтористым бором в качестве ацилирующего агента:
Рисунок 4.
Конденсация фенолов с фталевым ангидридом
Конденсация фенолов с фталевым ангидридом в присутствии минеральных кислот или кислот Льюиса (А. Байер, 1874 г.) также следует рассматривать как одну из разновидностей реакции ацилирования по Фриделю-Крафтсу. В этом случае две молекулы фенола конденсируются с одной молекулой фталевого ангидрида с образованием производных трифенилметана, называемых фталеинами.
Рисунок 5.
При $pH$ выше 9 водные растворы фенолфталеина окрашиваются в малиновый цвет в результате процесса расщепления лактонного цикла с образованием дианиона.
Рисунок 6.
Аминометилирование
Рисунок 7.
Реакция Манниха, или аминометилюванние, характерна для соединений с активной метиленовой группой. Она происходит как многокомпонентная реакция с участием формальдегида и вторичного амина (в виде гидрохлорида) и позволяет ввести в соединения аминометильную группу $-CH_2NR_2$. В реакцию также вступают активированые ароматические субстраты, такие как фенолы, вторичные или третичные ароматические амины, гетероциклические соединения типа индола, пиррола, фурана. Так можно получить ароматические соединения с аминометильным группировкой $-CH_2NR_2$.
Среди аминов часто используют диметиламин, а вместо формальдегида можно вводить другой альдегид.
Механизм реакции заключается в образовании соли имина с формальдегидом и вторичным амином через промежуточный аминаль и его дегидратации при каталитической действия $H^+$. Иминиевий ион является электрофилом атакующим ароматическое кольцо. Иминиевий ион, образованный формальдегидом и диметиламином, можно выделить в виде йодида (соли Ешенмозера - $ICH_2NMe_2$).
