Бензойная кислота не имеет реакции Фриделя-Крафтса

Анализ причин, по которым бензойная кислота не вызывает реакции Фриделя-Крафтса

В органической химии реакция Фриделя-Крафтса является одной из важных реакций алкилирования и ароматизации. Он обычно вводит алкильную или ацильную группу в ароматическое соединение с помощью кислотного катализатора Льюиса, такого как AlCl. Бензойная кислота, как ароматическое соединение, не может легко участвовать в реакции Фриделя-Крафтса. В этой статье будут рассмотрены причины, по которым бензойная кислота не вызывает реакции Фриделя-Крафтса, и проанализированы механизмы, лежащие в ее основе.

Структурные характеристики бензойной кислоты

Нам нужно понять молекулярную структуру бензойной кислоты. В структуру бензойной кислоты входят бензольное кольцо и карбоксильный (-COOH) заместитель. Бензольное кольцо имеет более высокую электронную плотность, поэтому оно является идеальным получником электрофильного реагента и во многих реакциях демонстрирует сильную ароматичность. Карбоксизаместитель бензойной кислоты является важным фактором, который влияет на электронный эффект бензольного кольца.

Влияние карбоксильной группы на бензольное кольцо

Одной из основных причин, по которой бензойная кислота не участвует в реакции Фриделя-Крафтса, является электронный эффект ее карбоксильной группы. Карбоксильная группа представляет собой группу притяжения электронов, которая уменьшает электронную плотность бензольного кольца посредством резонансного и индуцирующего эффекта, особенно пара-и орто-атомы углерода. Таким образом, бензольное кольцо в бензойной кислоте не так легко воспринимается против электрофилов, как другие ароматические соединения без заместителей. В реакции Фриделя-Крафтса ароматические соединения должны обеспечивать электронную плотность для взаимодействия с электрофилами алкильных или ацильных групп, в то время как карбоксильные группы бензойной кислоты значительно ингибируют эту подачу электронов.

Индуцированный эффект карбоксильной группы и резонансный эффект

В частности, карбоксильная группа в бензойной кислоте отсасывает электроны из бензольного кольца посредством своего индукционного эффекта (эффект-I), что снижает электрофильность бензольного кольца. Резонансный эффект карбоксильной группы (эффект-М) также толкает электронное облако к карбоксильной группе, тем самым дополнительно ослабляя способность бензольного кольца обеспечивать электроны. Реакция Фриделя-Крафтса требует, чтобы ароматическое кольцо обеспечило достаточную плотность электронов для реакции с электрофилами, в то время как карбоксильная группа бензойной кислоты значительно снижает ее способность к электронам.

Действие кислоты Льюиса и реакционная способность бензойной кислоты

Реакция Фриделя-Крафтса обычно требует кислотных катализаторов Льюиса, таких как AlClats, которые могут поляризовать алкилгалогениды или алкилгалогениды с образованием сильных электрофилов. В большинстве ароматических соединений образование электрофилов является ключом к плавному протеканию реакции. Карбоксильная группа бензойной кислоты будет образовывать комплекс с кислотой Льюиса, образуя стабильный комплекс, который ингибирует протекание реакции. Даже если бензойная кислота способна взаимодействовать с кислотой Льюиса, из-за ее низкой реакционной способности этого комплекса недостаточно, чтобы способствовать возникновению реакции Фриделя-Крафтса.

Сравнение других ароматических соединений с бензойной кислотой

Напротив, некоторые ароматические соединения, такие как бензол, не имеющие электронно-притягивающих групп, могут плавно участвовать в реакции Фриделя-Крафтса. Ароматическое кольцо без электронно-притягивающих групп, таких как карбоксильные группы, обеспечивает достаточную плотность электронов, чтобы электрофилы могли беспрепятственно атаковать и, таким образом, завершить реакцию алкилирования или ацилирования. Бензойная кислота не может участвовать в реакции так же эффективно, как эти ароматические соединения из-за электронного эффекта карбоксильных групп.

Резюме

Основная причина, по которой бензойная кислота не протекает в реакции Фриделя-Крафтса, заключается в электронном влиянии карбоксильной группы на бензольное кольцо в ее молекулярной структуре. Карбоксильные группы, как группы притяжения электронов, снижают электронную плотность бензольного кольца за счет индукционных и резонансных эффектов, тем самым ингибируя способность бензойной кислоты участвовать в электрофильной реакции Фриделя-Крафтса. Комплексное взаимодействие между карбоксильной группой бензойной кислоты и катализатором на основе кислоты Льюиса также препятствует протеканию реакции. Таким образом, понимание структуры и реакционной способности бензойной кислоты является ключом к объяснению ее неучастия в реакции Фриделя-Крафтса.