傅-克醯基化烷基化

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簡介

傅-克反應是指烷基或醯基取代芳香族分子上的氫原子，生成烴或酮。當芳香族分子發生烷基化或醯基化時，存在酸催化劑，包括

$$\mathrm{AlCl_3, BF_3, ZnCl_2, 或\: FCl_3,。}$$

催化劑產生進攻粒子烷基或醯基陽離子。J. Crafts 和 C. Friedel 於 1877-1878 年發明了這種反應，並將其用於將取代基連線到芳香環上。

需要注意的是，在烷基化和醯基化過程中，最初與芳香環連線的氫原子被親電試劑取代。三氯化鋁是最常用的催化劑，因為它透過與氯結合形成強親電試劑，從而充當酸（路易斯酸）。

什麼是傅-克反應？

傅-克反應是有機偶聯反應，涉及親電芳香取代，以將取代基連線到芳香環上。在典型的傅-克反應過程中會形成新的 C-C 鍵。傅-克反應可以分為醯基化或烷基化。透過烷基化過程，苯環與短碳鏈相加。在醯基化過程中新增醯基時會產生芳基酮。

它的型別是什麼？

傅-克反應的兩個主要類別是 -

• 傅-克醯基化

• 傅-克烷基化。

解釋傅-克烷基化

當存在芳香環時，傅-克烷基化涉及用路易斯酸處理烷基鹵化物。在 C-H 鍵斷裂的同時，烷基與環結合並形成 C-C 鍵。在這個反應中，使用路易斯酸催化劑，如 FeCl₃ 或 AlCl₃，來加速鹵化物的消除併產生碳正離子。在開始烷基化反應之前，生成的碳正離子會經歷重排。絕不能使用烯基、炔基或芳基鹵化物；只能使用烷基鹵素（Cl、Br 或 I）；否則，反應將不會成功。這些物質的碳正離子難以生成且非常不穩定。

高辛烷值燃料、表面活性劑、香料、抗氧化劑等以及其他重要產品（如異丙苯和百里酚）主要是在工業上使用這種方法生產的。

傅-克烷基化的機理

步驟 1 - 路易斯酸催化劑 (AlCl₃) 與烷基鹵化物相互作用，產生親電碳正離子。

步驟 2 - 碳正離子首先形成環己二烯基陽離子，以攻擊芳香環。由於 C-C 雙鍵斷裂，芳烴短暫地失去其芳香性。

步驟 3 - 中間體的去質子化導致 C-C 雙鍵重建，分子恢復其芳香性。AlCl₃ 催化劑在該質子轉移至形成 HCl 時得到再生。

解釋傅-克醯基化

當存在 AlCl₃ 等路易斯酸催化劑時，這種芳香族親電取代反應涉及芳烴和醯滷或酸酐，從而合成單醯化化合物。醯滷的鹵素與路易斯酸結合形成一個絡合物，以產生更強的親電醯基陽離子 (RCO⁺)，該陽離子透過共振而穩定。該過程只能產生酮作為產物。

傅-克醯基化是工業上的一項重要工藝。精細化學品、合成中間體和化學原料都是用它製成的。

傅-克醯基化的機理

步驟 1 - 路易斯酸催化劑與醯滷相互作用，導致形成絡合物並使醯滷失去部分滷離子。醯基陽離子的形成是由於共振而穩定的。

步驟 2 - 然後，醯基陽離子 (RCO⁺) 以親電方式攻擊芳香環。環的芳香性在形成絡合物時暫時消失。

步驟 3 - 中間絡合物去質子化後，環的芳香性得以恢復。使用該質子和絡合物路易斯酸中的氯離子生成 HCl。現在可以使 AlCl₃ 催化劑再生。

結論

用烷基取代芳香質子的過程稱為“傅-克烷基化”。這是透過使用碳正離子對芳香環進行親電攻擊來實現的。傅-克烷基化方法使用烷基鹵化物作為反應物，生成烷基苯。在傅-克醯基化過程中新增醯基時會產生芳基酮。

與傅-克烷基化相比，傅-克醯基化有很多優點。這些優點之一是能夠更好地控制反應產物，以及醯基陽離子透過共振的穩定性，從而消除了重排的可能性。生成的酮可以透過克萊門森還原法轉化為烷基。

常見問題

1. 傅-克烷基化的主要缺點是什麼？

由於在傅-克烷基化過程中會形成給電子取代基，因此所得烷基比起始原料更容易受到親電攻擊。這在合成應用方面是一個主要的缺點。

2. 為什麼苯胺不進行傅-克反應？

傅-克反應中使用的路易斯酸催化劑 AlCl₃ 與苯胺結合形成鹽。苯胺氮獲得的正電荷使其成為後續反應的強失活基團。

3. 為什麼傅-克反應需要無水 AlCl₃？

由於 AlCl₃ 是缺電子分子，因此傅-克反應使用無水 AlCl₃。它是一種路易斯酸。AlCl₃ 吸收 Cl 並變成 AlCl₄^-。Cl 被接受的物質變成親電試劑。

4. 傅-克反應是否會生成苯酚？

苯酚能夠進行傅-克烷基化。最好的試劑是那些能夠在不需要路易斯酸的情況下生成親電試劑的試劑。對於苯酚的傅-克醯基化，需要更苛刻的條件，包括高溫。AlCl₃ 與苯酚形成化合物，從而降低其活性。

5. AlCl₃ 是否遵循八隅體規則？

繪製 AlCl₃ 的共價結構表明，Al 具有 6 個價電子而不是 8 個，這使其成為一種缺電子化合物，無法遵循八隅體規則。此外，它還是一種路易斯酸。

6. 在傅-克醯基化中，會產生什麼離子？

在傅-克醯基化中，會產生醯基陽離子。在傅-克醯基化反應中，路易斯酸和醯氯的氯原子之間形成一個絡合物。該絡合物的 C-Cl 鍵斷裂產生醯基陽離子。醯基陽離子帶正電荷且經共振穩定，具有一個碳原子。

7. FeCl₃ 是否與傅-克反應相容？

在苯與叔丁基氯的傅-克烷基化中，已經研究了無水 FeCl₃ 和 FeCl₃-石墨催化劑。FeCl₃ 石墨會降低反應速率。因此，轉化變得更有選擇性，導致二取代反應減少。