Friedel-Crafts Alkylation
Friedel–Craftsアルキル化:1,4-ジメトキシベンゼン+t-ブチルアルコール(濃H2SO4)→ t-ブチル基の導入(1回分)
Ar–H + R–X → Ar–R + HX
カルボカチオン等価体が芳香環を攻めてアルキル基を導入する求電子置換である(多置換・転位に注意)。
巻矢印はA=攻撃 / B=脱離・π形成 / C=プロトン移動。本文の (A)(B)(C) は図中の同色の矢印を指します。
試薬・条件H2SO4
t-ブチルアルコールのOH酸素O5の孤立電子対結合に使われず、原子の上に対で残っている非共有の電子対。求核剤として攻める手になる。が硫酸のプロトンH35を奪い(C)、O30–H35電子がO30へ戻りHSO4⁻になる(B)。–OHが–OH2⁺(良い脱離基結合の電子対を持ったまま分子から抜けていく原子や原子団。抜けたあと安定なほど良い脱離基となる。=水)に変わる。
C1–O5結合の電子がO5へ降りて水が脱離する(B, 脱離矢印)。第3級カルボカチオン炭素の上に正電荷を持つ、電子が足りず不安定な中間体。置換基の多い3級ほど安定になる。(t-ブチルカチオン)が生じる。3級は超共役隣のC–H結合の電子が、空いた軌道や正電荷へわずかに供与して安定化するはたらき。と誘起効果電気陰性度の差が、σ結合を伝って電子を引っぱる・押す効果。で安定なので生成しやすく、転位結合や原子団が分子内で移動して、炭素骨格などが組み替わる過程。しない。
試薬・条件t-Bu⁺
1,4-ジメトキシベンゼンの環π電子(C10=C11)がt-ブチルカチオンの炭素C1を攻撃して新しいC11–C1結合を作る(A)。環は芳香族性環状で平面のπ電子系が、規則を満たして特別に安定になる性質。を失い、正電荷がOMeの付いたC10(オキソカルベニウムとして強く安定化されるo/p位)に乗ったアレニウムになる。芳香族性を壊すこの段が律速。
Q.なぜカチオン側に2つ目の矢印が要らないのか
A.求電子剤電子が足りず、電子の余った相手(求核剤)から電子対を受け取る側の化学種。が裸のカルボカチオン炭素の上に正電荷を持つ、電子が足りず不安定な中間体。置換基の多い3級ほど安定になる。(空のp軌道)だから。ニトロ化のNO2⁺のように内部のπを組み替える必要がなく、環のπがそのまま空軌道へ入って1本の矢印で済む。
試薬・条件HSO4⁻(塩基)
塩基HSO4⁻がsp3炭素C11のH25を引き抜き(C)、C11–H25の結合電子が環に戻ってC10=C11を再生する(B)=再芳香族化。2-t-ブチル-1,4-ジメトキシベンゼン(モノ置換体)が完成し硫酸が再生する。残った活性位置(C5相当)で同じ機構をもう一度繰り返すとジ-t-ブチル体になる。
同じ中間体・対になる選択性・連続する変換など、位置の近い反応です。反応マップで全体の中での位置も見られます。
原子の保存・電子の流れ・生成物への到達を機械で検証しています。妥当な経路は複数ありえます。
| 矢印⇄結合変化の整合 | 整合 — fail=0 / check=0(全4段) |
|---|---|
| 電荷保存 | 保存 — 全段で電荷保存 |
| 中間体の鎖の連続 | 連続 — 中間体の鎖が連続 |
| 生成物への到達(内部整合) | 到達 — 看板の生成物が機構中で実際に生成 |
| 生成物の分子式 | C12H18O2 |
| PubChem 照合 | 緑・完全一致(CID 88792) 2-tert-butyl-1,4-dimethoxybenzene |