03 - (2004) (1125802), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Так как фенолы взаимодействуют с галогенндами алюминия и другими кислотами Льюиса с образованием солей типа АгОА1С!з, в качестве катализаторов предпочитают использовать фтористоводородную, фосфорную кислоты или катиониты КУ-2, дауэкс и другие катионообменные смолы. Таким образом, из л-крезола и изобутилена в промышленности получают пространственно затрудненный фенол— 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (ионол), который широко применяется для стабилизации полимеров: ОН ОН КУ-2 (СНз)зС С(СНЗ)3 + (СНз)зС=СН1 — е 100'С СНЗ СН3 ионов Аналогично из фенола и изопропилового спирта получается 2,4,6- триизопропилфенол: ОН ОН (СНэ)1НС СН(СНз)з Д ° сн,снсн, ' () ОН (95%) СН(СН,), Моноалкилирование ароматического кольца, как и другие реакции алкилирования по Фриделю — Крафтсу, отличается низкой региоселективностью и приводит к смеси соизмеримых количеств орте- и лара-изомеров.
Алкилирование обратимо, и в присутствии сильных кислот Льюиса в условиях термодинамического контроля наблюдаются перегруппировки: СНз СН (20%) (80%) 437 ОН ОН О + СНзСООН Врз — -~ (95%) Н С вЂ” С=О Наиболее общий метод получения гидроксикетонов ароматического ряда основан на перегруппировке Фриса. К. Фрис в 1908 г. нашел, что ариловые эфиры карбоновых кислот при нагревании с А1С1з или А1Вгз перегруппировываются в изомерные орлзо- или парагвщроксикетоньь Как правило„в результате перегруппировки образуется смесь орте- и лара-изомеров без примеси мета-изомера: О И О вЂ” С-СН СН з ОН О П Он 1) А1С(з, СбнзХОз; 140'С С СнзСНз 2) Н О; На; (35%) СНз — СНз — С=О (50%) Соотношение орлзо- и лара-изомеров зависит главным образом от температуры и растворителя.
В более жестких условиях преобладает арто-гидроксикетон, а при 20 — 25'С вЂ” лара-гидроксикетон: ОН А(С)з, 25'С н,с 'г' О П О-С- С=О нс ОН О И О С-Снз нс 43а Ацилирование фенолов в классических условиях реакции Фриделя-Крафтса комплексом ацилгалогенида и хлорида алюминия также приводит к неудовлетворительным результатам, так как ацилированию подвергается гидроксильная группа фенола. Более эффективна такая модификация этого метода, когда в качестве ацилирующего агента используется комплекс карбоновой кислоты и трехфтористого бора.
Ацильная группа при этом вводится практически исключительно в лара-положение бензольного кольца. Так, например, фенол при взаимодействии с комплексом уксусной кислоты и Врз дает лара-гидроксиацетофенон с 95%-м выходом: Перегруппировка Фриса часто используется для получения индивидуальных гидроксикетонов. Из ацетилсалициловой кислоты (аспирина) получается 5-ацетил-2-гидроксибензойная кислота, а из п-ацетоксибензойной кислоты — 3-ацетил-4-гидроксибензойная кислота: СН С 1) А1С1,; Сбн5ХОз, 25'С СООН СООН 2) НС1; Н~О; 20'С ОСОСН ОН (8З%) О СН С сн,соо ( 1 соон ' но С) соон 1) А1С1,; 180*с 2) НС1; Нзо; 0'С Механизм перегруппировки Фриса, по-видимому, заключается в межмолекулярном ацилировании орто- или пара-положения бензольного кольца арилового эфира комплексом второй молекулы сложного эфира и А)С11 с образованием ацильного производного гидроксикетона и фенола; О э А)оз ОСОСН, + СН,С-ОС,Н, 0 а СН3 С ОСОСНЗ + С$Н~ОН.
Перегруппировка завершается межмолекулярным переносом ацильной группы к фенолу; О э СНЗ вЂ” СОО О С-Сн~ + О ОН— О О а О) о с снз+но С) с снз. В отличие от самих фенолов их простые эфиры очень легко подвергаются региоселективному ацилированию по Фрнделю-Крафтсу в мягких условиях с образованием лара-алкоксиарилкетонов. 439 Наилучшие результаты достигаются при ацилировании простых эфиров фенолов ацилгалогенидами в хлористом метилене при О'С в присутствии двух молей А1С1з или А1Вг~.' О О Фо-©. нс"-с — '" Фо-Я)-с' СН,С), (85-95%) Реакционноспособные фенолы (обычно двухатомные фенолы, производные резорцина) могут быть ацилированы при взаимодействии с нитрилами и сухим хлористым водородом в присутствии хлорида цинка как слабой кислоты Льюиса (реакция К. Геша, 1915 г.): ОН 0 "" ~",;" О ""' ""' ' НО ОН НО ОН ОН О 8 д С-СН, НО ОН (74-85%) О+ О НО С,Н,СН,— С=ХН, С1 ОН НС); УоС), НО ~ Он Н,О; 1ООС Д с,н,сн,см —.
эфир; О'С С,Н,СН,— С=О НО ОН вЂ” о Сам фенов и многие другие одноатомные фенолы в условиях реакции Геша дают не кетоны, а соли иминоэфиров Агос(К)=Х Н2 С! . Конденсацию фенолов с фталевым ангидридом в присутствии серной кислоты или хлорида цинка (А. Байер, 1874 г.) следует рассматривать как одну из разновидностей реакции ацилирования по Фриделю — Крафтсу. В этом случае две молекулы фенола конденсируются с одной молекулой фталевого ангидрида с образованием производных трифеннпметана, называемых фталеинами: ОН ОН ОН О а О ~о' О фенолфталеин (бесцветный лакюн) При рН > 9 водный раствор фенолфталеина окрашивается в малиновый цвет в результате расщепления лактонного цикла и образования дианиона: ОН ОН О О ОН ~~-С ~~ф~-с00.
При конденсации фталевого ангидрида с резорцином образуется желто-зеленый флуоресцеин, широко используемый в качестве флуоресцирующего средства: ОН О ОН ОН О ©е,'=0 ~Д ~'" НО О НО Соон флуоресцеин Индикаторами являются и другие фталеины, получаемые из фталевого ангидрида и о-крезола или тимола — крезолфталеин, тимолфталеин и т.д. 441 21.3.5.е. ФОРМИЛИРОВАНИЕ ФЕНОЛОВ Разнообразные методы введения формильной группы в ароматическое кольцо (реакции Гаттермана-Коха, ВильсмейераХаака и др.) были подробно рассмотрены в гл. 13.
В этом разделе из множества методов введения формильной группы в ор3ло- и лара-положения к гидроксильной группе фенолов будет подробно рассмотрена только реакция К. Реймера — Ф. Тимана (187б г.). Эта реакция по своему механизму резко отличается от реакций электрофильного замещения в ароматическом кольце фенолов, поэтому ее целесообразно рассматривать отдельно от других способов формилирования фенолов. Формилирование фенолов по Реймеру — Тиману достигается при нагревании смеси фенола и большого избытка хлороформа с водным раствором гидроксида натрия при 50 — 70'С. Выходы альдегидов обычно невелики и редко превышают 30%, однако метод исключительно прост и доступен в практическом отношении.
Главное достоинство реакции Реймера-Тимана заключается в преимущественном образовании арто-, а не лара-изомеров, как это имеет место для реакций Гаттермана и Вильсмейера-Хаака: ОН ОН ОН ( ) ° сна,+мое С) ° ь 60 С СНО СНС1, — Н,О (10%) (20%) СНО СНО ОН ОН )ЧаОН; СНО; б(УС Н,О- СНО, (38-40%) ОН ОН ОН СН3 .
ОН С СН3 СН 1ЧаОН; СНС)3,. б0'С О 3 О Н30 — СНС!3 (8%) (20%) СНО )ЧаОН; СНС1; б(ГС О О )чН НЗО СНС13 )чН (31%) Механизм этой своеобразной и необычной реакции был сформулирован в классических работах Дж. Хайна по образованию и 442 изучению реакционной способности дихлоркарбена. Дихлоркарбен —:СС!з — выполняет роль электрофильного агента по отношению к феноксид-иону, образующемуся а щелочной среде. Предполагаемый механизм реакции Реймера — Тимана может быть представлен следующей последовательностью превращений: ОН~ СНС1з Нзо+ СС!з — ~ АСС!з+ С1+ Н20. Ю 8 0 О +: Са2 — 3В' н — В н Сно Ч' и Ф Сг' С1 — ь СН вЂ” в ~ ~ +Н20+С1. ОН~ ОН с ! Н ~~~р Н При проведении реакции в 0~0 более 97% дейтерия включается в формильную группу салицилового альдегида. Это означает, что превращение О е ОН СНС12 не осуществляется как внугримолекулярный 1,2-гидридный сдвиг, запрещенный правилами орбитальной симметрии.
Хотя анион дихлорметилциклогексадиенона не был вьщелен в качестве промежу- 443 точного продукта реакции Реймера-Тимана для самого фенола, приведенный выше механизм имеет экспериментальные доказательства. Для фенолят-ионов, у которых орлзо- или вара-положение занято алкильной группой, помимо гидроксибензальдегида другим продуктом реакции всегда оказывается циклогексадиенон, содержащий дихлорметильную группу. Так, например, из лара-крезола получается 2-гидрокси-5-метилбензальдегид и 4-метил-4-дихлорметилциклогексадиен-2,5-он примерно в равных количествах: ОН О снс СН, НзС СНС)з ОН ХаОН; СНС1з, 60'С НзΠ— СНС1з СН (26%) (25%) 2,4,6-Триметилфенол образует оба возможных изомерных дихлорметилциклогексадиенона, в которых СНС!з-группа не подвергается гидролизу: Я СНС1, з~~снз)Ч Он Сно.
60.С з ~ НзС СНз НзΠ— СНС1з СН СН Н С СНС!з (77%) в то время как 2,6-ди-зярелз-бутил-4-метилфенол в этих условиях дает, как и следовало ожидать, только один из двух возможных изомеров: ОН СН, (78%) Образование аномальных продуктов служит убедительным подтверждением механизма, предлагаемого для нормального направления реакции, приводящего к образованию альдегида после изомернзацин и гидролиза дихлорметильной группы. Реакция протекает только в сильно щелочной среде при наличии фенольного гидроксила, тогда как простые эфиры фенолов и диалкиланилины не формилируются в этих условиях. Выходы альдегидов в реакции Рей- СНз)зС С(СНз)з й О ХаОН; СНС1з, 60'С НзΠ— СНС!з О (СН ) С С(СНз)з зз СНз СНС! з мера — Тимана невелики, так как большая часть дихлоркарбена гидролизуется в водной щелочи с образованием СО и МаС1: :Сиз + НзΠ— ~ [НΠ— СНС1т1 — ~ СО+ 21наС! + 2НтО.
1 ХаОН Кроме того, дихлорметиловый эфир фенола„образующийся в результате атаки дихлоркарбена по кислородному атому амбидентного фенолят-иона, нацело гидролизуется до исходного фенола: о ΠΠ— СС1г Π— СНС!т О~ Д вЂ” Π— '- Д вЂ” Д + ИСОА 21.3.5.ж. КОНДЕНСАЦИЯ ФЕНОЛОВ С АЛЬДЕПЩАМИ И КЕТОНАМИ Фенолы реагируют с формальдегидом в водном растворе в присутствии основания с образованием полимерного продукта, получившего название феноло-формальдегидной смолы, карболита или бакелита. В 1909 г. Л. Бакелунд запатентовал способ получения этого первого синтетического высокомолекулярного соединения, которое сразу же нашло широкое применение в различных областях машиностроения, электротехники и быта, например, при изготовлении корпусов телефонов, электрических выключателей и т.д.: ОН ~~,5 + ° нсно ХаОН; 20 — 150'С Н,О ОН ОН Структура феиоло-формальлегилиой смолы 44$ Взаимодействие феноксид-иона с формальдегидом напоминает альдольную конденсацию с той лишь разницей, что роль нукпеофильного агента вместо енолят-иона выполняет амбидентный феноксид-ион, а карбонильным компонентом является формальдегид: ОВ ! .н-с" — '"" ! н .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
