富电子的苯胺为什么不能进行Friedel-Crafts酰基化反应?如果想在氨基的邻位引入酰基怎么办?了解一下Sugasawa反应

学术   2024-12-15 08:03   上海  

Friedel-Crafts酰基化反应

苯胺本身是一个富电子芳环,按理说非常适合进行Friedel-Crafts反应。那到底是什么原因导致其无法进行Friedel-Crafts酰基化反应其实原因也不复杂,成也萧何,败也萧何。游离的氨基作为供电子基团可以增加苯环的电子云密度,但是氨基作为Lewis碱在Friedel-Crafts酰基化反应体系中会和催化剂Lewis酸迅速配位,而且氨基与Lewis酸的配位速度远快于与亲电试剂的反应。就算加入过量的Lewis酸活化酰氯等亲电试剂也不能解决问题,因为苯胺氮上的孤电子对已经与Lewis酸配位成盐不能共轭到苯环上,同时氮原子上带正电使苯环缺电子钝化,从而使Friedel-Crafts反应不能继续进行。通常的解决方法是先对氨基进行保护,然后再进行Friedel-Crafts反应,但是酰基保护的苯胺进行Friedel-Crafts反应,通常主要得到4-位取代的产物


1978年Sugasawa等人报道了一个在BCl3/AlCl3催化下无需保护直接利用苯胺在邻位引入酰基的方法【Sugasawa, T.; Toyoda, T.; Adachi, M.; Sasakura, K. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 4842. DOI: 10.1021/ja00483a034。在BCl3/MCl3(M通常为Al或Ge)两种不同的Lewis酸催化下,苯胺和腈进行反应得到邻位酰基化产物的反应,称为Sugasawa反应。

此反应加料顺序很重要,通常BCl3,苯胺和腈先加入,最后加入AlCl3或GeCl3。常用的路易斯酸的组合是BCl3-AlCl3,而使用与氯原子亲和性更高的GaCl3,代替AlCl3,可以使得反应在更加温和的条件下进行。N,N-二烷基取代的苯胺不能发生此反应。



反应机理

苯胺首先和BCl3络合生成苯胺-三氯化硼络合物,接着在MCl3催化下腈和苯胺-三氯化硼络合物的硼进一步络合形成超级配合物,同时MCl3和BCl3掉下来的一个Cl进行键合生成MCl4-,由于Ge和氯原子亲和性更高,因此反应可以在更加温和的条件下进行。超级配合物中整个阳离子部分还是缺电子的,因此还不能顺利进行酰基化,此反应的关键一步是MCl4-可以和夺取苯胺上的H+生成HMCl4, 整个中间体变成中性化合物,苯环恢复富电子状态,顺利进行SEAr反应进行酰基化,最后水解生成邻位酰基化苯胺产物。
而N,N-双烷基化苯胺由于N上没有H, 不能恢复富电子状态,因此无法反应。

Tetrahedron Lett. 1994, 35, 6807.


反应实例


苯胺和氯乙腈进行Sugasawa反应后,生成的酮还原后关环可以生成吲哚,此反应成为Sugasawa吲哚合成反应。
J. Org. Chem.,1994, 59, 6823】



J. Org. Chem.1995, 60, 3365】


J. Med. Chem.,1996, 39, 314】


Org. Proc. Res. Dev., 2003, 7, 723】




Tetrahedron 2009, 65, 3285. doi:10.1016/j.tet.2008.11.026】



参考资料

1、Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents, by Zerong Wang,2722-2728。
2、https://cn.chem-station.com/reactions/2018/09/%E8%8F%85%E6%B2%A2%E5%8F%8D%E5%BA%94-sugasawa-reaction.html




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