Friedel–Craftsove reakcije so niz kemijskih reakcij, ki sta jih razvila Charles Friedel in James Mason Crafts leta 1877,C. Friedel, J.M. Crafts (1877). Sur une nouvelle méthode générale de synthèse d’hydrocarbures, d’acétones, etc.. Compt. Rend. 84: 1392 in 1450. v katerih aromatski ogljikovodiki pod katalitskim vplivom ene od Lewisovih kislin, na primer FeCl3, AlCl3, H2SO4, H3PO4, HF ali HgSO4, reagirajo z alkilhalidi, alkoholi, alkeni ali alkiniFriedel-Crafts-Reaktion. Römpp Online. Georg Thieme Verlag. Pridobljeno 18. oktobra 2013. in tvorijo alkilirane aromate. Vse reakcije so aromatske elektrofilne substitucije.
Friedel–Craftsovo alkilacijo se lahko zapiše z naslednjo splošno enačbo:
|350px|Intermolekularno Friedel-Craftsovo alkiliranje
Reakcija lahko poteče tudi znotraj molekule. Takšna je na primer sinteza dekalina:G. A. Olah. Friedel-Crafts and Related Reactions. Wiley, New York. 1963–1964, 1. in 2. del.
||300px|Intramolekularno Friedel-Craftsovo alkiliranje
Friedel-Craftsova alkilacija Med Friedel–Craftsove alkilacije spada alkilacija aromatskega obroča z alkil halidom in močno Lewisovo kislino kot katalizatorjem.M. Rueping, B.J. Nachtsheim (2010). A review of new developments in the Friedel–Crafts alkylation – From green chemistry to asymmetric catalysis. Beilstein J. Org. Chem. 6. doi: 10.3762/bjoc.6.6. Z brezvodnim železovim(III) kloridom kot katalizatorjem se alkilna skupina veže na mestu, kjer je bil pred tem vezan kloridni ion. Splošni mehanizem reakcije je prikazan na naslednji shemi:M.B. Smith, J. March (2007). Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. 6. izdaja. New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-72091-7.
400px|Mehanizem Friedel-Craftsovega alkiliranja
Reakcija ima to veliko pomanjkljivost, da je zaradi alkilne verige, ki je donor elektronov, produkt bolj nukleofilen kot reaktant. Posledica tega je, da se bo substitiural tudi drugi vodikov atom na aromatskem obroču in molekula se bo prealkilirala. Če klorid ni vezan na terciarnem ali sekundarnem ogljikovem atomu, bo poleg tega prišlo tudi do prerazporeditve karbokationa. Ta reaktivnost je posledica relativne stabilnosti terciarnega in sekundarnega karbokationa v primerjavi s primarnimi karbokationi. Za omejevanje števila alkilacij se lahko izkoristi sterične ovire, kot na primer pri t-butiliranju 1,4-dimetoksibenzena:
400px|t-butiliranje 1,4-dimetoksibenzena
Alkilacije niso omejene samo na alkil halide. Friedel-Craftsove reakcije potekajo z vsemi karbokationskimi intermediati, tudi tistimi, ki izhajajo iz alkenov, kislin, Lewisovih kislin, enonov, in epoksidov. Takšna je na primer sinteza neofil klorida iz benzena in metalil klorida. W. T. Smith, J.T. Sellas (1963). Neophyl chloride. Org. Synth. 32, 90.
H2C=C(CH3)CH2Cl + C6H6 → C6H5C(CH3)2CH2Cl
V eni od študij je bil elektrofil bromonijev ion, dobljen iz alkena in N-bromosukcinimida (NBS):S. Hajra, B. Maji, S. Bar (2007). Samarium Triflate-Catalyzed Halogen-Promoted Friedel–Crafts Alkylation with Alkenes. Org. Lett. 9 (15): 2783–2786. doi: 10.1021/ol070813t.
400px|Friedel–Crafts alkylation by an alkene
V tej reakciji je verjetno samarijev(III) triflat tisti, ki aktivira donorja halogena NBS pri tvorjenju halonijevega iona.
Friedel-Craftsova dealkilacija Friedel-Craftsova alkilacija je dvosmerna reakcija. Če poteka v obratni smeri, se imenuje Friedel-Craftsova dealkilacija. Alkilno skupino se lahko odstrani z aromatskega obroča v prisotnosti protonov in Lewisove kisline.
V multipli adiciji etil bromida na benzen na primer bi pričakovali, da se bo po prvi substituciji substituiranje nadaljevalo na orto in para položaju, v resnici pa je reakcijski produkt zmes 1,3,5-trietil benzena z vsemi alkilnimi skupinami kot meta substituentami.E. Anslyn, K.J. Wallace, R. Hanes, J. Morey, K.V. Kilway, J. Siegel (2005). Preparation of 1,3,5-Tris(aminomethyl)-2,4,6-triethylbenzene from Two Versatile 1,3,5-Tri(halosubstituted) 2,4,6-Triethylbenzene Derivatives. Synthesis 2005 (12): 2080. doi: 10.1055/s-2005-869963. Za takšen potek reakcije so očitno odločilne sterične ovire, ki favorizirajo meta substitucijo pred sicer termodinamsko bolj ugodnima položajema orto in para. Končen produkt je torej rezultat niza alkilacij in dealkilacij.
Friedel-Craftsova acilacija Friedel-Craftsova acilacija je acilacija aromatskih obročev z acil kloridom in močno Lewisovo kislino kot katalizatorjem. Reakcija poteka tudi s kislinskimi anhidridi. Reakcijski pogoji so podobni pogojem za Friedel-Craftsove alkilacije. Reakcija ima v primerjavi z alkilacijo več prednosti. Zaradi značilnosti karbonilne skupine, da pritegne elektrone, so nastali ketoni vedno manj reaktivni kot izhodne molekule in prekomerna acilacija se ne pojavi. Poleg tega se zaradi stabilizacije, ki jo povzroči resonančna struktura, v kateri je pozitivni naboj na kisikovem atomu, karbokation ne preuredi.
300px|Friedel–Craftsova acilacija
Uspešnost Friedel-Craftsove acilacije je odvisna od stabilnosti acil klorida. Formil klorid, na primer, je preveč nestabilen in zato neobstojen. Sinteza benzaldehida po Friedel-Craftsovem postopku je zato mogoča samo tako, da formil klorid nastaja sproti v sami reakcijski zmesi. To se doseže z Gattermann-Kochovo reakcijo, v kateri se benzen obdela z ogljikovim monoksidom in vodikovim kloridom pot visokim tlakom in zmesjo katalizatorjev aluminijevega klorida in bakrovega(I) klorida.
Reakcijski mehanizem Prvi korak je disociacija kloridnega iona in nastanek acilnega kationa:
200px|FC acilacija, 1. korak
V nekaterih primerih se Lewisova kislina veže na kisikov atom acil klorida in tvori adukt. Sledi nukleofilni napad arena na acilni kation (ali morebitni adukt):
160px|FC acilacija, 2. korak
V tretjem koraku kloridni anion () deprotonira obroč (arenijev ion) in tvori HCl, s čimer se katalizator AlCl3 regenerira:
250px|FC aciliranje, 3. korak
Nastali keton se lahko kasneje z Wolff–Kishnerjevo redukcijo ali Clemmensenovo redukcijo reducira v alkansko substituento. Končni rezultat zaporedja reakcij je enak Friedel–Craftsovi alkilaciji, samo da preureditev ni mogoča. Friedel-Crafts Acylation. Organic-chemistry.org. Pridobljeno 11. januarja 2014.
Friedel-Craftsova hidroksialkilacija Areni reagirajo z nekaterimi aldehidi in ketoni in tvorijo hidroksialkilirane produkte. Takšna je na primer reakcija mezitilnega derivata glioksala z benzenom,R. C. Fuson, H.H. Weinstock, G.E. Ullyot (1935). A New Synthesis of Benzoins. 2′,4′,6′-Trimethylbenzoin. J. Am. Chem. Soc. 57 (10): 1803–1804. doi: 10.1021/ja01313a015. v kateri nastane benzoin z alkoholno namesto s karbonilno skupino:
400px|Friedel–Craftsova hidroksialkilacija
Friedel-Craftsovo sulfuriranje Pod pogoji, v katerih potekajo Friedel-Craftsove reakcije, areni reagirajo s sulfonil halidi (R-SO2-X, X=halogen) in anhidridi sulfonskih kislin in tvorijo sulfone (R-SO2-R'). Reakcijo katalizirajo AlCl3, FeCl3, GaCl3, BF3, SbCl5, BiCl3, Bi(OTf)3 in drugi.W.E. Truce, C.W. Vriesen (1953). Friedel—Crafts Reactions of Methanesulfonyl Chloride with Benzene and Certain Substituted Benzenes. J. Am. Chem. Soc. 75 (20): 5032–5036. doi: 10.1021/ja01116a043.S. Répichet, C. Le Roux, P. Hernandez, J. Dubac, J.R. Desmurs (1999). Bismuth(III) Trifluoromethanesulfonate: An Efficient Catalyst for the Sulfonylation of Arenes. The Journal of Organic Chemistry 64 (17): 6479. doi: 10.1021/jo9902603. Intramolekularna Friedel–Craftsova ciklizacija poteka z 2-fenil-1-etansulfonil kloridom, 3-fenil-1-propansulfonil kloridom in 4-fenil-1-butansulfonil kloridom s segrevanjem v nitrobenzenu z AlCl3.W.E. Truce, J.P. Milionis (1952). Friedel-Crafts Cyclization of ω-Phenylalkanesulfonyl Chlorides. J. Am. Chem. Soc. 74 (4): 974–977. doi: 10.1021/ja01124a031. Reagirajo tudi sulfenil kloridi in sulfinil kloridi in tvorijo sulfide oziroma sulfokside.T. Fujisawa, M. Kakutani, N. Kobayashi (1973). On the Reaction of p-Toluenesulfinyl Chloride with Anisole. Bull. Chem. Soc. Jpn. 46 (11): 3615–3617. doi: 10.1246/bcsj.46.3615. Sulfinil kloridi in diaril sulfoksidi se lahko pripravijo iz arenov z reakcijo s tionil kloridom v pristonosti katalizatorjev BiCl3, Bi(OTf)3, LiClO4 ali NaClO4.C. Le Roux, S.P. Mazières, M. Peyronneau, N. Roques (2003). Catalytic Lewis Acid Activationof Thionyl Chloride: Application to the Synthesis of ArylSulfinyl Chlorides Catalyzed by Bismuth(III) Salts. Synlett (5): 0631. doi: 10.1055/s-2003-38358.B.P. Bandgar, S.S. Makone (2004). Lithium/Sodium Perchlorate Catalyzed Synthesis of Symmetrical Diaryl Sulfoxides. Syn. Commun. 34 (4): 743–750. doi: 10.1081/SCC-120027723.
Različice Clemmensenova redukcija je redukcija ketonov (ali aldehidov) v alkane s cinkovim amalgamom in klorovodikovo kislino.E. Clemmensen (1913). Chemische Berichte 46: 1837.E. Clemmensen (1914). Chemische Berichte 47: 51 in 681. Gattermann–Kochova reakcija je Friedel-Craftsova reakcija z ogljikovim monoksidom, klorovodikovo kislino in na primer AlCl3, v kateri iz različnih aromatov nastanejo aromatski aldehidi.L. Gattermann, J.A. Koch (1897). Eine Synthese aromatischer Aldehyde. Chemische Berichte 30: 1622. DOI 10.1002/cber.18970300288. Gattermannova reakcija ali Gattermannova sinteza aldehidov je reakcija aromatov z vodikovim cianidom.L. Gattermann, W. Berchelmann (1898). Synthese aromatischer Oxyaldehyde. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 31 (2): 1765–1769. doi: 10.1002/cber.18980310281. Houben–Hoescheva reakcija je reakcija arenov z nitrili, v kateri nastanejo aromatski ketoni.Kurt Hoesch (1915). Eine neue Synthese aromatischer Ketone. I. Darstellung einiger Phenol-ketone. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 48 (1): 1122–1133, doi:10.1002/cber.191504801156.J. Houben (1926). Über die Kern-Kondensation von Phenolen und Phenol-äthern mit Nitrilen zu Phenol- und Phenol-äther-Ketimiden und -Ketonen (I.). Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series) 59 (11): 2878–2891. doi:10.1002/cber.19260591135. Friesova premestitev je reakcija, v kateri fenolni estri pretvorijo v hidroksi aril ketone.K. Fries, G. Finck (1908). Über Homologe des Cumaranons und ihre Abkömmlinge. Chemische Berichte 41 (3): 4271–4284. doi: 10.1002/cber.190804103146.K. Fries, W. Pfaffendorf (1910). Über ein Kondensationsprodukt des Cumaranons und seine Umwandlung in Oxindirubin. Chemische Berichte 43 (1): 212–219. doi: 10.1002/cber.19100430131.J. March (1985). Advanced Organic Chemistry. 3. izdaja. John Wiley & Sons: Chichester, str. 499.A.H. Blatt. Org. React. 1942, 1. Schollova reakcija je spajanje dveh aromatskih spojin s pomočjo Lewisove ali protonske kisline.M. Grzybowski, K. Skonieczny, H. Butenschön, D.T. Gryko (2013), Comparison of Oxidative Aromatic Coupling and the Scholl Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 52: 9900–9930. doi: 10.1002/anie.201210238. Zincke-Suhlova reakcija je pretvorba p-krezola v cikloheksadienon s katalizatorjem AlCl3 v tetraklorometanu kot topilu.M. Newman (1954). A Study of the Zincke and Suhl Reaction. J. Am. Chem. Soc. 19 (6): 978.M. Newman (1954). The Aluminum Chloride-catalyzed Reaction of Benzotrichloride with p-Cresol. J. Am. Chem. Soc. 19(6): 985.T. Zincke, R. Suhl (1906). Über die Einwirkung von Tetrachlorkohlenstoff und Aluminiumchlorid auf p-Kresol und p-Kresolderivate. Chemische Berichte 39 (4): 4148–4153. doi: 10.1002/cber.190603904115. Blancova klorometilacija je reakcija aromatskega obroča s formaldehidom in vodikovim kloridom, v kateri nastanejo ciklometil areni.G.L. Blanc (1923). Bull. Soc. Chim. France 33: 313. Bogert–Cookova sinteza je dehidracija in izomerizacija 1-β-feniletilcikloheksanola v oktahidro derivat fenantrena. J. V. D. Kamp, E. Mosettig (1936). Trans- and Cis-As-Octahydrophenanthrene. Journal of the American Chemical Society 58 (6): 1062. doi: 10.1021/ja01297a514.
500px