Friedel-Crafts反应,跨国友谊下发展而来的著名取代反应 (friedel-crafts烷基化反应的特点)

Friedel-Crafts反应,跨国友谊下发展而来的著名取代反应 (friedel-crafts烷基化反应的特点)

图为：查尔斯·傅列德尔和詹姆斯·克拉夫茨反应内容

在无水三氯化铝等路易斯酸存在下，芳烃与卤代烃作用，在芳环上发生亲电取代反应，其氢原子被烷基取代，生成烷基芳烃的反应，称为傅一克烷基化反应(Friedel-Crafts alkylation)；芳烃与酰卤或酸酐作用，芳环上的氢原子被酰基取代，生成芳酮的反应，称为傅一克酰基化反应(Friedel-Crafts acylation)。两种反应统称为傅一克反应。该反应属于芳香亲电取代反应，是芳香化合物由C-H键形成C-C键的最重要方法之一。

图为：傅—克反应发展过程

一、金属催化苄基化

在芳环上引入烃基的反应，最初是由德国化学家Zincke（Theodor Zincke，1843~1928）在1869年首次报道的。当时他想从苄氯和***出发，以苯为溶剂，在铜粉催化和封管加热下，通过类似Wurtz反应的方法制备苯丙酸。但是他发现反应时放出了大量的氯化氢，所得产物中竟含有二苯甲烷。他意识到这是苄氯与溶剂苯发生下列反应造成的，于是他饶有兴致地研究起在苯环上引入苄基的方法。

在 1871~1872年间，他改进了反应条件，用锌粉或还原铁粉代替铜粉或银粉，用普通烧瓶在100℃下的加热回流代替封管强热，终于实现了若干苄基化反应。这种反应在历史上曾被称为“Zincke反应”（与后来“Zincke反应”重名）。

图为：Zincke研究的苄基化反应

当时人们认为反应的催化剂是铜、锌或铁等金属粉末，但是却没有人注意到氯化氢肯定会与锌、铁等金 属形成氯化物的。金属卤化物对芳烃烷基化和酰基化反应的催化作用是由Friedel和Crafts两人揭开的。

二、相遇在Wurtz实验室

Charles Friedel（1832~1899）出生于法国的斯特拉斯堡，父亲是一位银行家，但对自然科学有浓厚的兴趣；母亲是法兰西学院和自然历史博物馆教授的女儿。在家庭的影响下，他从小就对实验科学很感兴趣并最后选择它作为终身职业。1851年，在获得了斯特拉斯堡大学理学学士学位一年后，他又去巴黎继续深造。几年后，他分别获得了巴黎大学数学和物理科学两个硕士学位。在此期间，他还结识了著名的法国化学家Wurtz（Charles Adolphe Wurtz, 1817~1884）并在他指导下开始了有机合成的研究。1856年毕业后，Friedel就在Wurtz的医学院实验室进行研究工作。在Wurtz的指导下，Friedel开始进行酮、乳酸和有机硅化合物的合成研究。

1861年，一个年轻的美国人来到维尔茨学习。安静而谦虚的James Crafts（1839~1917）毕业于哈佛劳伦斯科学学院的化学专业。移居欧洲后在弗莱堡学习冶金学，后来在海德堡担任Robert Bunsen的助手后继续学习化学。在巴黎，Crafts很快与他的新同事Friedel有相似的兴趣。这两个人将成为终生的同事和最亲密的朋友。因在矿物和化学上研究兴趣相投，他们不仅在实验研究上相互帮助，亲密的私人关系还让建立了一个合资企业。

三、兴趣之始

1873年的一天，在Wurtz实验室学习的一位外国留学生，正用Zincke反应进行制备实验。反应开始后不久便变得十分剧烈，这时Friedel刚好在场，他立即前去帮助这位学生将反应液体与锌粉分开。本来以为将“催化剂”分离后反应会缓和下来，但是令Friedel他们感到惊讶的是，倾注出来的液体仍然在激烈地反应，就像锌粉还在里面时一样。这个奇异的现象引起实验室里议论纷纷，Friedel开始怀疑真正的催 化剂可能不是金属本身。

1874 年，俄国化学家Gustavson成功地用三碘化铝将氯化物转变为碘化物，利用这个卤素互换反应可以从氯代烃出发制备碘代烃。1877年3月，Friedel和Crafts也试图采用这个反应将1, 1, 1-三氯乙烷转变为 1, 1, 1-三碘乙烷，他们在反应体系中加入了铝粉和碘代替三碘化铝，并加入苯作为溶剂。但是他们却得不到这个预期产物，而得到了1, 1, 1-三氯乙烷与苯的缩合产物，这正是Zincke反应的结果。

四、突破常规

随后，他们又进行了另一个实验，用1-氯戊烷代替1, 1, 1-三氯乙烷在相同体系（铝+碘+苯）中反应。实验结果表明，这次也得到Zincke反应的产物—戊苯。当时认为Zincke反应的催化剂是金属粉末，而 Gustavson反应采用的是金属卤化物。在上述实验中加入的是铝粉和碘，它们也可以生成三碘化铝。此时，存在两种可能：

催化剂是铝粉，在生成三碘化铝之前铝粉已“催化”了Zincke反应；

催化剂金属卤化物，在进行Zincke反应前，铝粉先与碘反应。

为了弄清这些问题，他们决定在反应体系中直接加入金属卤化物，并且还要考察它对各种反应试剂的作用。于是，他们先用三氯化铝与1-氯戊烷单独反应，然后又用三氯化铝与苯单独反应，最后他们才用三氯化铝与1-氯戊烷和苯的混合液反应。实验结果表明，第三种反应形式以更好的产率生成了戊苯。

图为：第一个傅克反应

这个反应通常被称作为第一个Friedel-Crafts反应。从它的产物分析结果和记录下来的氯化氢释放量都已初步说明，金属卤化物是芳烃烷基化反应的真正催化剂。随后，除烷基化反应之外，他们还用金属卤化物催化了酰基化反应。

五、后续

Friedel后来成为法国化学协会副会长，Crafts于1891年回到美国，后来当上了麻省理工学院的校长，麻省理工学院的的一个集体宿舍大楼也以他的名字命名——The Crafts。Friedel-Crafts反应则成为一个规模庞大和应用广泛的重要有机反应类型而载入各国的有机化学教科书中，全世界的化学工作者将永远记着他们的名字和功绩。

写在最后

科学的发展总是伴随着偶然，如果Friedel当时没有思考锌粉剧烈反应的原因，就不会去寻找真正的催化剂事什么，也就不会有后来的Friedel-Crafts反应了。当然，不排除会有另一个人来完成这一工作，但当时的Friedel有能力有激情去思考和实验，正是偶然和必然的结合，促进了科学的进步。

以上就是（Friedel-Crafts反应,跨国友谊下发展而来的著名取代反应 (friedel-crafts烷基化反应的特点)）全部内容，收藏起来下次访问不迷路！