Reaksi Friedel–Crafts

Reaksi Friedel-Crafts merujuk pada sekelompok reaksi kimia yang dikembangkan oleh Charles Friedel dan James Crafts pada tahun 1877.^[1] Terdapat dua kelompok besar reaksi Friedel-Crafts, yakni reaksi alkilasi dan reaksi asilasi. Reaksi-reaksi ini termasuk dalam reaksi substitusi aromatik elektrofilik.

The Friedel-Crafts alkylation of benzene with methyl chloride

Alkilasi Friedel-Crafts

Alkilasi Friedel-Crafts melibatkan alkilasi dari cincin aromatik dan alkil halida menggunakan katalis asam Lewis. Dengan menggunakan feri klorida sebagai katalis, gugus alkil melekat pada posisi ion klorida sebelumnya.

Reaksi ini memiliki beberapa kerugian, di antaranya adalah produk reaksi ini lebih nukleofilik dari reaktan reaksi dikarenakan pendonor elektron rantai alkil. Oleh karena ini, hidrogen yang lainnya tersubstitusikan oleh rantai alkil lainnya, menghasilkan molekul yang kelebihan gugus alkil. Jika atom klorin tidak berada dalam karbon tersier, reaksi penataan-ulang akan terjadi. Ini dikarenakan stabilitas karbokation tersier yang lebih stabil dari karbokation sekunder maupun primer.

Rintangan sterik dapat digunakan untuk membatasi banyaknya alkilasi yang terjadi seperti pada t-butilasi 1,4-dimetoksibenzena.

Alkilasi tidak hanya terbatas pada alkil halida: reaksi Friedel-Crafts dapat terjadi pada seluruh zat antara karbokation seperti zat antara dari reaksi alkena dengan asam protik ataupun asam Lewis. Dalam satu kajian, elektrofilnya adalah ion bromonium yang diturunkan dari alkena dan NBS:^[2]

Dalam reaksi ini, samarium(III) triflat dipercaya mengaktfkan pendonor NBS halogen pada formasi ion halonium.

Dealkilasi Friedel-Crafts

Alkilasi Friedel-Crafts adalah reaksi reversibel. Pada reaksi dealkilasi Friedel-Crafts, gugus alkil dapat dilepas jika terdapat proton dan asam Lewis.

Sebagai contoh, pada adisi bromoetana pada benzena, substitusi orto dan para diharapkan terjadi pada tahap substitusi yang pertama karena gugus alkil termasuk dalam gugus aktivasi. Namun hasil produk reaksi yang sebenarnya adalah 1,3,5-trietilbenzena dengan seluruh gugus alkilnya berada pada posisi meta.^[3] Kontrol reaksi termodinamika menyebabkan substitusi meta lebih difavoritkan daripada substitusi orto dan para yang melalui reaksi kesetimbangan kimia. Oleh karena itu, hasil paling akhir reaksi ini disebabkan oleh rentetan reaksi alkilasi dan dealkilasi.

Asilasi Friedel-Crafts

Asilasi Friedel-Crafts adalah asilasi cincin aromatik dengan asil klorida menggunakan katalis asam lewis yang kuat. Asilasi Friedel-Crafts dapat terjadi dengan asam anhidrida. Kondisi reaksi ini sama dengan alkilasi Friedel-Crafts di atas. Reaksi ini memiliki beberapa keuntungan dari reaksi alkilasi. Oleh karena efek penarikan elektron dari gugus karbonil, hasil reaksi keton selalu kurang reaktif dari reaktan, oleh karena itu asilasi berganda tidak terjadi. Selain itu, juga tidak terjadi penataan-ulang karbokation karena ion karbonium distabilkan oleh struktur resonans dengan muatan positif pada oksigen.

Reaksi asilasi Freidel-Crafts sangat bergantung pada stabilitas reagen asil klorida. Formil klorida, sebagai contohnya, sangat tidak stabil untuk diisolasikan. Oleh karena itu sintesis benzaldehida via lintasan Friedel-Crafts memerlukan sintesis formil klorida secara in situ. Ini dapat dilakukan melalui reaksi Gatterman-Koch yang mereaksikan benzena dengan karbon monoksida dan hidrogen klorida pada tekanan tinggi dan dikatalisasikan dengan campuran aluminium klorida dan kupro klorida.

Mekanisme reaksi

Tahap pertama reaksi terdiri dari disosiasi atom klor menjadi kation asil:

Kemudian diikuti dengan serangan nukelofilik arena terhadap gugus asil:

Pada akhirnya atom klor bereaksi menjadi HCl dan katalis AlCl₃ terbentuk kembali seperti semula:

Hidroksialkilasi Friedel-Crafts

Arena bereaksi dengan beberapa aldehida dan keton tertentu menghasilkan produk yang terhidroksialkilasi. Sebagai contohnya reaksi turunan mesitil dari glioksal dengan benzena ^[4] yang membentuk benzoin.

Ruang lingkup dan variasi reaksi

Reaksi Friedel-Crafts terkait dengan beberapa reaksi klasik lainnya, seperti:

Produk hasil asilasi dapat diubah menjadi produk hasil alkilasi melalui reduksi Clemmensen.
Reaksi Gatterman-Koch yang dapat digunakan untuk mensintesis benzaldehida dari benzena.
Reaksi Gatterman yang menjelaskan reaksi arena dengan asam sianida.
Reaksi Houben-Hoesch yang menjelaskan reaksi arena dengan nitril.
Modifikasi reaksi menggunakan fenil ester aromatik sebagai reaktan, dinamakan penataan-ulang Fries.
Dalam reaksi Scholl dua arena tergandeng secara langsung (kadang kala dinamakan Arilasi Friedel-Crafts).
Dalam reaksi Zincke-Suhl p-kresol dialkilasi menjadi sikloheksadienon menggunakan tetraklorometana.
Dalam klorometilasi Blanc, gugus klorometil ditambahkan ke arena menggunakan formaldehida, asam klorida, dan seng klorida.
Sintesis Bogert-Cook (1933) melibatkan dehidrasi dan isomerisasi 1-β-feniletilsikloheksanol menjadi turunan oktahidro dari fenantrena.^[5]
Sintesis keton Darzens-Nenitzescu (1910, 1936) ^[6] melibatkan asilasi sikloheksana dengan asetil klorida membentuk metilsikloheksenilketon.
Dalam Asilasi reduktif Nenitzescu (1936),^[7] sebuah hidrokarbon jenuh ditambahkan dan menghasilkan asilasi reduktif menjadi metilsikloheksilketon.
Dalam kimia hijau, aluminium klorida digantikan dengan grafit dalam alkilasi p-xilena dengan 2-bromobutana. Variasi ini tidak bekerja pada halida primer di mana karbokation jarang terbentuk.^[8]

Sintesis zat warna

Reaksi Friedel-Crafts dapat digunakan untuk mensintesis beberapa zat warna seperti triarilmetana dan xantena.^[9] Contoh berikut adalah sintesis timolftalein (sejenis indikator pH) dari dua ekuivalen timol dan ftalat anhidrida:

Reaksi ftalat anhidrida dengan resorsinol dengan keberadaan seng klorida menghasilkan Fluoresein. Apabila resorsinol diganti dengan by N,N-dietilaminofenol, reaksi ini menghasilkan rodamina B:

Referensi

^ Friedel, C.; Crafts, J. M. Compt. Rend. 1877, 84, 1392 & 1450.
^ S. Hajra, B. Maji and S. Bar (2007). "Samarium Triflate-Catalyzed Halogen-Promoted Friedel-Crafts Alkylation with Alkenes". Org. Lett. 9 (15): 2783–2786. doi:10.1021/ol070813t.
^ K. Wallace, R. Hanes, E. Anslyn, J. Morey, K. Kilway and J. Siegel (2005). "Preparation of 1,3,5-Tris(aminomethyl)-2,4,6-triethylbenzene from Two Versatile 1,3,5-Tri(halosubstituted) 2,4,6-Triethylbenzene Derivatives". Synthesis (12): 2080–2083. doi:10.1055/s-2005-869963.
^ R. C. Fuson, H. H. Weinstock and G. E. Ullyot (1935). "A New Synthesis of Benzoins. 2′,4′,6′-Trimethylbenzoin". J. Am. Chem. Soc. 57 (10): 1803–1804. doi:10.1021/ja01313a015.
^ This reaction with phosphorus pentoxide: J. v. d. Kamp and E. Mosettig (1936). "TRANS- AND CIS-AS-OCTAHYDROPHENANTHRENE". J. Am. Chem. Soc. 58 (6): 1062–1063. doi:10.1021/ja01297a514.
^ Darzens-Nenitzescu Synthesis of Ketones
^ Nenitzescu Reductive Acylation
^ Sereda, Grigoriy A.; Rajpara, Vikul B. (2007). "A Green Alternative to Aluminum Chloride Alkylation of Xylene". J. Chem. Educ. 2007 (84): 692. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-07-18. Diakses tanggal 2008-05-08.
^ Synthesis of Triarylmethane and Xanthene Dyes Using Electrophilic Aromatic Substitution Reactions James V. McCullagh and Kelly A. Daggett J. Chem. Educ. 2007, 84, 1799. Abstract Diarsipkan 2008-06-13 di Wayback Machine.

[1] Friedel, C.; Crafts, J. M. Compt. Rend. 1877, 84, 1392 & 1450.

[2] S. Hajra, B. Maji and S. Bar (2007). "Samarium Triflate-Catalyzed Halogen-Promoted Friedel-Crafts Alkylation with Alkenes". Org. Lett. 9 (15): 2783–2786. doi:10.1021/ol070813t.

[3] K. Wallace, R. Hanes, E. Anslyn, J. Morey, K. Kilway and J. Siegel (2005). "Preparation of 1,3,5-Tris(aminomethyl)-2,4,6-triethylbenzene from Two Versatile 1,3,5-Tri(halosubstituted) 2,4,6-Triethylbenzene Derivatives". Synthesis (12): 2080–2083. doi:10.1055/s-2005-869963.

[4] R. C. Fuson, H. H. Weinstock and G. E. Ullyot (1935). "A New Synthesis of Benzoins. 2′,4′,6′-Trimethylbenzoin". J. Am. Chem. Soc. 57 (10): 1803–1804. doi:10.1021/ja01313a015.

[5] This reaction with phosphorus pentoxide: J. v. d. Kamp and E. Mosettig (1936). "TRANS- AND CIS-AS-OCTAHYDROPHENANTHRENE". J. Am. Chem. Soc. 58 (6): 1062–1063. doi:10.1021/ja01297a514.

[6] Darzens-Nenitzescu Synthesis of Ketones

[7] Nenitzescu Reductive Acylation

[8] Sereda, Grigoriy A.; Rajpara, Vikul B. (2007). "A Green Alternative to Aluminum Chloride Alkylation of Xylene". J. Chem. Educ. 2007 (84): 692. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-07-18. Diakses tanggal 2008-05-08.

[9] Synthesis of Triarylmethane and Xanthene Dyes Using Electrophilic Aromatic Substitution Reactions James V. McCullagh and Kelly A. Daggett J. Chem. Educ. 2007, 84, 1799. Abstract Diarsipkan 2008-06-13 di Wayback Machine.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]