تفاعل فريدل كرافتس
يطلق على التفاعل العضوي الذي يحل مركبا عطريا مكان أحد ذرات الهيدروجين بحلقة عطرية اسم اقتران عطري كهربائي، ولكن هناك تفاعلان رئيسيان من تصميم فريدل كرافتس وهما تفاعل السيولة والألكلة، وتم تطوير ردود الفعل المتعلقة بهما منذ عام 1877م بواسطة الكيميائي الأمريكي جيمس كرافت والكيميائي الفرنسي تشارلز فريدل، وهناك أيضا تفاعلات أخرى من فريدل كرافتس تم تطويرها فيما يتعلق بالبنزين .
فريدل كرافتس ألكاليشن
حيث يكون ذلك عند حدوث تفاعلين متضمنين استبدال الذرة الهيدروجينية المتصلة بداية بحلقة عطرية وبالآلة الكهربائية وكالعادة ما يستخدم ثلاثي كلوريد الألومنيوم من العوامل المحفزة في تفاعلات فريدل كرافتس ، AlCl3 من خلال عمله كحمض لويس ويعمل مع الهالوجينات ويقوم بتوليد إلكتروفيل في العملية.
فريد ألكلة فريدل كرافتس يشير إلى استبدال البروتين العطري بمجموعة ألكيل عن طريق الهجوم الكهربائي بالكاربوكاتيون على حلقة عطرية بمساعدة ألكلة فريدل كرافتس ويستخدم أحد الأساليب لتوليد البنزين الألكيلي عن طريق استخدام هاليدات الألكيل كمواد تفاعلية .
يتم استخدام محفز الحمضي لويس في الكيمياء العضوية عند تكوين كربوكسيلات، ويتم ذلك عن طريق تسهيل إزالة الهاليد من المركب العضوي المستخدم، الأمر الذي يسهل عملية إعادة ترتيب الكربوكسيلات المتكونة بعد ذلك .
آلية تفاعل فريدل كرافتس
- الخطوة أولى : عندما يخضع الهاليد الألكيلي لتفاعله مع Alcl3 وحامض لويس كمحفز ، فإنه يؤدي إلى تكوين كاتيون إلكتروني كربوني.
- الخطوة ثانية : من خلال هجوم الكربوك على المركبة العطرية، يتشكل كاتيون سداسي الهيكسانيل وسيطة، وتفقد العطرية الأرين بشكل مؤقت وذلك بسبب الرابطة المزدوجة بين الكربون .
- الخطوة ثالثة : من خلال استخدام الوسيطة ، يتم تحسين الرابط المزدوج بين جزيئات الكربون واستعادة العطرية للمركب، مما يساعد على تشكيل حمض الهيدروكلوريك Alcl3 وتجديده بشكل محفز، وهناك عدد من التفسيرات التي توضح آلية تفاعل الألكيلة Freidl.
حدود تفاعل فريدل كرافتس
- تشكل ألكلة فريدل كرافتس من خلال التقييد الذي يحيط بها، وذلك بتشكيل الأريل وجميع هاليدات الفينيل المذكورة غير المستقرة بشكل كبير، مما يجعلها غير مستقرة للاستخدام في التفاعل .
- تنتج وجود مجموعة NH2 المعطلة، في الحلقة العطرية، نتائج تشمل تعطيل محفز الناتج عن تكوين مجمعات .
- من الممكن استخدام الجزيئات العطرية الفائضة في حدوث هذه التفاعلات، مما يمنع حدوث الألكة المتعددة ويضيف مجموعة ألكيل إلى الجزيئات العطرية. لا يمكن استخدام مركبات عطرية ذات تفاعلية أقل من أحادي الهالوبنزينات في تفاعل ألكلة فريدل كرافتس، ولكن يجب ملاحظة أن هذا التفاعل يتطلب إعادة ترتيب الكربوهيدرات مثل أي تفاعل يشمل carbocation .
تفاعل فريدل كرافتس
يتضمن تفاعل أسيليد فريدل كرافتس إضافة مجموعة إلى الحلقة العطرية من الأسيل، وذلك عن طريق استخدام محفز R.CO.CI وحمض كلوريد في التفاعل للحصول على أستيل فريدل AlCl3 الذي يعتبر حمض لويس. كمثال على ذلك هو تحويل كرافتس للحلقة العطرية إلى كيتون، من خلال تفاعل واضح بين كلوريد الأسيل والبنزين. يمكن أيضا استخدام حمض الأنهيدريد بدلا من الهاليد الأسيل لأكيولات فريدل كرافت .
يشكل الهالوجين المنتمي للهاليد أسيل معقدات مع لويس الحمض، ومن الممكن أن يتولد من خلاله الأيون والأسيليوم العالي من الإلكتروفيل، والذي يمكن أن يحتوي على RCO من الصيغة العامة للآلية .
طرق تكوين فريدل كرافتس
يمكن تشكيل فريدل كرافتس باستخدام الخطوات التالية
- يتم تكوين المركب من خلال تفاعل بين محفز الهاليد الأسيل وحمض لويس، حيث يمكن للهاليد الأسيل أن يفقد أيون الهاليد وتتشكل منه أيون الأسيليوم، ويمكن أن يستقر هذا المركب في الرنين.
- بتنفيذ الهجوم الخاص بـ +Rco، يستمر أيون الأسيليوم الكهربائي في الحلقة العطرية، وهناك احتمال فقدان حلقة عطرية عند تكوين مركب مؤقت .
- عند تشكيل مجمع متوسط خالٍ من أي روائح، يمكن استخدام أيونات الكلوريد كحمض لويس مع المركبات الحمضية لتكوين حمض الهيدروكلوريك AlCl3، ويمكن إعادة توليد المحفز من خلاله .
- يتمكن المحفز المعاد توليده من مهاجمة أكسجين كربونيل ولابد من تحرير منتج كيتون ، عن طريق إضافة الماء للمنتجات في الخطوة السابقة وهناك عدد من التوضيحات التي يظهر من خلالها التفاعل ، ويترتب عنها المنتج الخاص بالبنزين أسيلي والذي يتم الاحتياج له بصورة كبيرة عند تفاعل أسيليد فريدل الكرافتس .
التغلب على محددات التفاعل
توجد بعض القيود التي يمكن مواجهتها أثناء تفاعل الألكة، ومن بينها ترتيب الألكة والكربوكيل، ولكن يمكن التغلب عليها. ولكن يشوب تفاعل أسيليد كرافت فريدل بعض القصور
- قد يتم إنتاج كيتونات من خلال تحلل HCOCl عندما يتعرض Asilicon لتفاعلات مختلفة مثل التعرض لكلوريد الفورميل، ويتم ذلك في عدد من الظروف التي تحيط به CO.HCl .
- يتعذر على المركب العطري المشاركة المشاركة في هذا التفاعل، وخاصةً عند وجود تفاعل أحادي البنزين، كما يتعذر استخدام الأمينات أريل في هذا التفاعل بسبب قدرتها على تكوين معقدات غير قابلة للتفاعل بشكل فعال مع محفز حمض لويس .
يحدث تفاعل بين جزيئات النيتروجين أو الأكسجين عند استخدام الكحول أو الأمين، ومن الممكن ملاحظة آليات وتفاصيل هذه التفاعلات، ومعرفة جميع ردود الفعل لتفاعلات فريدل كرافتس بصورة بسيطة، كما يمكن معرفة عدد من التفاعلات الكيميائية العضوية .
تجربة عملية لتفاعل ألكايل بنزين
هذا التفاعل يقوم بتبديل ذرة الهيدروجين بمجموعة الكايل، وسنقوم بمعالجة البنزين بالكامل باستخدام مركب الألكيل الهاليد، وبوجود حمض لويس كمحفز، ويعمل الحافز بفاعلية على إطلاق أيون الكربوكاتيون الكربونيوم الألكتروفيل النشط عن طريق جذب رابطة الألكيل الهاليد C.X، ولكن فعالية الألكيل الهاليد تعتمد على نوعه .
يحدث في بعض الحالات، عند تفاعل الألكيل بنزين مع البرومايد الكلوريد ووجود AlCL3، تكون بعض المركبات ذات الهيكل الكربوني المعدَّل، كإنتاج الإيزوبروبيل بنزين بدلاً من البروبيل بنزين .
عند إضافة الكليل إلى بنزين بنيوبنتيل الكلوريد، قد يتم إنتاج 2 فينيل بيوتان و2 ميثيل بدلاً من تكوين 2 داي مثيل بروبان و1 فينيل، ويمكن تعديل الكربوكاتيون عن طريق تحوله من كربوكاتيونات أولية إلى ثانوية أو ثالثية، ويكون الكربوكاتيون الثالث كبيرًا أكثر من الأولية .
يمكن استخدام البنزين كمذيب للألكينات والكحولات مع وجود حمض الفوسفوريك والحمض الكبريتيك كعوامل محفزة، وتتم هذه التفاعلات بصورة ميكانيكية .