При исследовании в 1912 году аллиловых эфиров фенолов Л. Кляйзеном была открыта интересная и своеобразная перегруппировка этих соединений в аллилфенолы, которая затем стала исходной методикой для проведения ряда родственных сигматропных реакций перегруппировки.
Так при нагревании аллилового эфира фенола до температур порядка 200-220$^\circ$С он превращается в 2-аллилфенол, т.е. под действием нагрева аллильная группа мигрирует от атома кислорода на соседнее орто-положение в бензольном кольце:
Рисунок 1.
Если в такой реакции участвует вещество с занятыми заместителями орто-положениями, то аллильная группа мигрирует в пара-положение:
Рисунок 2.
Особенности перегруппировки Кляйзена
Установлено, что такая орто- и пара-перегруппировка является внутримолекулярной реакцией первого порядка, которая сопровождается инверсией перемещающейся аллильной группировки, т.е. эта группа присоединяется к бензольной системе своим дальним $\gamma$-атомом углерода.
Рисунок 3.
Из этого следует, что переходное состояние в перегруппировке Кляйзена должно быть шестизвенным циклическим:
Рисунок 4.
Конечным результатом двух последовательных миграций аллильной группы является сохранение структуры мигрирующей группы.
Рисунок 5.
Миграция аллильной группы характерна не только для аллиловых эфиров фенолов. Аллиловые эфиры енолов также подвергаются аллильной перегруппировке. Например, аллилвиниловые эфиры в результате миграции аллильной группы превращаются в $\gamma,\delta$-ненасыщенные карбонильные соединения.
Рисунок 6.
Перегруппировка Фриса
Наиболее общим методом получения ароматических гидроксикетонов является перегруппировка Фриса. К. Фрис в 1908 году обнаружил, что ариловый эфир карбоновой кислоты при нагревании с кислотой Льюиса перегруппировывается в изомерный орто- или пара-гидроксикетон. Как правило, при такой перегруппировке образуются смеси орто- и пара-продуктов без примесей мета-изомеров.
Рисунок 7.
Количества орто- и пара-продуктов главным образом зависит от условий реакции - температуры и растворителя. При более жестких условиях преобладают орто-гидроксикетоны, а при более мягких (20-25$^\circ$С) - пара-гидроксикетоны:
Рисунок 8.
Перегруппировку Фриса часто используют для получения индивидуальных гидроксикетонов:
-
Из ацетилсалициловой кислоты (аспирина) получают 5-ацетил-2-гидроксибензойную кислоту:
Рисунок 9. -
Из $n$-ацетоксибензойной кислоты - 3-ацетил-4-гидроксибензойную кислоту:
Рисунок 10.
Синтез 2-гидроксиацетофенона
Рисунок 11.
В трехгорлую колбу вместимостью 500 мл, оснащенную механической мешалкой с глицериновым затвором, термометром и обратным холодильником с отводной трубкой для поглощения хлороводорода, который выделяется в процессе реакции, помещают очищенный и высушенный фе-нилацетат (1 моль), добавляют при умеренном перемешивании и охлаждении небольшими порциями (по 5-7 г) безводного алюминий (III) хлорида (2 моля). После добавления всего катализатора реакционную смесь устанавливают на масляную баню и температуру медленно поднимают (скорость определяет интенсивность выделения $HCl$) до 175$^\circ$ С и при этой температуре выдерживают около 2-2,5 часов - до окончания выделения $HCl$ (или при температуре не выше 120$^\circ$ С в течение 5:00). После охлаждения реакционную смесь гидролизуют путем добавления холодной воды и соляной кислоты, образованный 2-гидроксиацетофенон отгоняют с перегретым водяным паром. Масло отделяют на делительной воронке, из воды бензолом экстрагируют целевой продукт, органические фазы объединяют, сушат, растворитель отгоняют на роторном испарителе, а 2-гидроксиацетофенон - в вакууме.
Выход 30-40%. Ткип = 96$^\circ$ С / 10 мм рт. ст.
