Методы C-,O-,N-алкилирования. Процессы алкилирования часто являются промежуточными стадиями в производстве мономеров, моющих веществ и т.д.

Введение

В связи с постоянно возрастающей потребностью в новых биологически активных веществах и других практически значимых соединениях, изучение химических свойств реакционноспособных субстратов на основе алифатических, ароматических и гетероароматических соединений является одной из актуальных задач современной синтетической органической химии. При этом следует отметить, что алкилирование является одним из основных методов построения углеродного скелета молекулы, а потому эти процессы имеют большое значение в органическом синтезе. Алкилированием называют процессы введения алкильных групп в молекулы органических и некоторых неорганических веществ. Варьирование алкильных групп придает соединению заданный комплекс характеристик. Эти реакции имеют очень большое практическое значение для синтеза алкилированных в ядро ароматических и гетероароматических соединений, изопарафинов, меркаптанов и сульфидов, аминов, продуктов переработки α-оксидов и ацетилена. Процессы алкилирования часто являются промежуточными стадиями в производстве мономеров, моющих веществ и т.д. Особое значение такие методы имеют для синтеза биологически активных соединений.
Различают С-, N- и О-алкилирование, несколько отличающиеся по условиям проведения этих процессов. Наиболее рациональная классификация процессов алкилирования основана на типе вновь образующейся связи:
− алкилирование по атому углерода (С-алкилирование) состоит в замещении на алкильную группу атома водорода, находящегося при атоме углерода. К этому замещению способны алифатические соединения, но наиболее характерно алкилирование для ароматических соединений (реакция Фриделя–Крафтса);
− алкилирование по атомам кислорода (О-алкилирование) представляет собой реакцию, в результате которой алкильная группа связывается с атомом кислорода;
− алкилирование по атому азота (N-алкилирование) состоит в замещении атомов водорода в аммиаке, аминах и азотсодержащих гетероароматических соединениях на алкильные группы.


 
1 Обзор литературы по методам C-, O-, N-алкилирования

1.1 Методы С-алкилирования
С-алкилирование – это замещение атома водорода, находящегося у атома углерода на алкильную группу. Наибольший практический интерес представляет С-алкилирование ароматических соединений. Такая реакция называется алкилированием по Фриделю-Крафтсу и в ее многочисленных видоизменениях до сих пор является важным методом введения алкильной группы в ароматическое кольцо.
Так, если к смеси бензола и хлористого метила добавить небольшое количество безводного хлористого алюминия, то происходит бурная реакция и из реакционной смеси можно выделить толуол. Это простейший пример реакции, открытой в 1877 г. в Парижском университете Ч. Фриделем и Дж. Крафтсом (1):

В приведенном примере (1) каждый из компонентов можно варьировать. Алкилгалогенид может содержать более слож5ную алкильную группу, а атом галогена не обязательно должен быть хлором; в некоторых случаях используют спирты или, особенно в промышленности, алкены. Можно применять замещенные алкилгалогениды, как, например, хлористый бензил C6H5CH2Cl. Арилгалогениды (Ar – X, например хлор- или бромбензол) нельзя использовать вместо алкилгалогенидов из-за низкой реакционной способности галогена, связанного с ароматическим кольцом.
Алкильную группу можно присоединить к самому бензолу, а также к некоторым замещенным бензолам (главным образом алкилбензолам и галогенбензолам) или более сложным ароматическим системам, таким, как нафталин и антрацен.
Помимо хлористого алюминия в качестве катализаторов используются и другие кислоты Льюиса, например, BF3, HF и H3PO4.
Реакцию проводят, смешивая три компонента; обычно проблему представляет замедление реакции при охлаждении и отвод газообразного хлористого водорода. Поскольку введение одной алкильной группы приводит к активированию бензольного кольца, то реакция осложняется тем, что не останавливается на стадии моноалкилирования. Как и при галогенировании алканов, это достигается использованием избытка углеводорода. В этом случае вероятность того, что алкильный карбониевый ион встретит незамещенное кольцо, больше, чем замещенное. Часто ароматическое кольцо выступает как в роли реагента, так и в роли растворителя.
Из полигалогенированных алканов можно получить соединения, содержащие больше одного ароматического кольца (2-4):

Алкилирование по Фриделю-Крафтсу может протекать по двум механизмам. Оба механизма можно рассматривать как электрофильное замещение в ароматическом ряду; они отличаются только природой электрофила.
Один механизм можно представить следующими стадиями (5-7):