В органической химии арилгалогенид (также известный как галогенарен ) представляет собой ароматическое соединение , в котором один или несколько атомов водорода, непосредственно связанных с ароматическим кольцом, заменены галогенидом . Галоарены отличаются от галогеналканов, поскольку они имеют множество различий в методах получения и свойствах. Наиболее важными членами являются арилхлориды, но класс соединений настолько широк, что существует множество производных и применений.
Арилфториды используются в качестве синтетических промежуточных продуктов, например, для приготовления фармацевтических препаратов, пестицидов и жидких кристаллов. [1] Превращение солей диазония — хорошо зарекомендовавший себя путь в арилфториды. Таким образом, анилины являются предшественниками арилфторидов. В классической реакции Шимана донором фторида является тетрафторборат :
В некоторых случаях фторидную соль применяют:
Многие коммерческие арилфториды производятся из арилхлоридов по процессу Halex . Этот метод часто используется для арилхлоридов, также несущих электроноакцепторные группы . Показательным является синтез 2-фторнитробензола из 2-нитрохлорбензола : [2]
Арилхлориды — это арилгалогениды, производимые в крупнейших коммерческих масштабах: 150 000 тонн в год только в США (1994 г.). Уровень производства снижается из-за экологических проблем. Хлорбензолы используются главным образом в качестве растворителей. [3]
Галогенирование по Фриделю-Крафтсу или «прямое хлорирование» является основным путем синтеза. Кислоты Льюиса , например хлорид железа(III) , катализируют реакции. Наиболее широко производимый арилгалогенид, хлорбензол , производится этим путем: [4]
Монохлорирование бензола сопровождается образованием производных дихлорбензола . [3] Арены с электронодонорными группами реагируют с галогенами даже в отсутствие кислот Льюиса. Например, фенолы и анилины быстро реагируют с хлорной и бромной водой с образованием мультигалогенированных продуктов. Доступно множество подробных лабораторных процедур. [5] Для производных алкилбензола, например, толуола , алкильные положения имеют тенденцию к галогенированию под действием свободных радикалов , тогда как галогенирование кольца благоприятствует в присутствии кислот Льюиса. [6] В бромном тесте используется обесцвечивание бромной воды аренами, богатыми электронами .
Оксихлорирование бензола хорошо изучено, что обусловлено отсутствием HCl в качестве побочного продукта при прямом галогенировании: [ 3]
Однако эта технология не получила широкого распространения.
Реакцию Гаттермана также можно использовать для превращения солей диазония в хлорбензолы с использованием реагентов на основе меди. Из-за высокой стоимости солей диазония этот метод предназначен для специальных хлоридов.
Основными коммерчески выпускаемыми арилбромидами являются тетрабромфталевый ангидрид, декабромдифениловый эфир и тетрабромбисфенол-А . Эти материалы используются в качестве антипиренов . Их получают прямым бромированием фенолов и ариловых эфиров. Фталевый ангидрид плохо реагирует с бромом, что приводит к необходимости использования кислых сред.
Реакцию Гаттермана также можно использовать для превращения солей диазония в бромбензолы с использованием реагентов на основе меди. Из-за высокой стоимости солей диазония этот метод предназначен только для специальных бромидов.
Синтетические арилйодиды используются в качестве рентгеноконтрастных веществ , но в остальном эти соединения не производятся в больших масштабах. Арилиодиды являются «легкими» субстратами для многих реакций, таких как реакции кросс-сочетания и превращения в реагенты Гриньяра , но они намного дороже, чем более легкие и менее реакционноспособные арилхлориды и бромиды.
Арилиодиды можно получить обработкой солей диазония иодидными солями. [7] Богатые электронами арены, такие как анилины и диметоксипроизводные, напрямую реагируют с йодом. [8]
Реактивы ариллития и арил Гриньяра реагируют с йодом с образованием арилгалогенида:
Этот метод применим для получения всех арилгалогенидов. Одним из ограничений является то, что большинство, но не все [9] ариллитиевые реагенты и реактивы Гриньяра производятся из арилгалогенидов.
Хотя термин «арилгалогенид» включает галогенированные производные любого ароматического соединения, он обычно относится к галогенбензолам, которые представляют собой конкретно галогенированные производные бензола . Группы галогенбензолов включают фторбензолы , хлорбензолы , бромбензолы и йодбензолы , а также смешанные галогенбензолы , содержащие по крайней мере два разных типа галогенов, связанных с одним и тем же бензольным кольцом. Существует также множество производных галогенбензола .
Галоперидины основаны на ароматическом соединении пиридине . [10] Сюда входят хлорпиридины и бромпиридины . Хлорпиридины являются важными промежуточными продуктами фармацевтических и агрохимических препаратов .
Галогенированные нафталины созданы на основе нафталина . Полихлорированные нафталины широко использовались с 1930-х по 1950-е годы в производстве кабелей и конденсаторов из-за их изоляционных, гидрофобных и огнезащитных свойств, но с тех пор их использование для этого было прекращено из-за токсичности, устойчивости к воздействию окружающей среды и внедрения новых материалов. . [3]
Гормоны щитовидной железы трийодтиронин (Т 3 ) и тироксин (Т 4 ) представляют собой арилйодиды. Тетраиодид Т 4 биосинтезируется электрофильным йодированием производного тирозина . [11] Синтетический Т 4 является одним из наиболее часто назначаемых лекарств в США [12]
Многие хлорированные и бромированные ароматические соединения производятся морскими организмами. Источником галогенов являются хлориды и бромиды океанских вод. Реакции катализируют различные ферменты пероксидазы (например, бромпероксидаза ). Многочисленны производные богатых электронами колец, обнаруженных в тирозине, триптофане и различных пирролах. Некоторые из этих природных арилгалогенидов проявляют полезные лечебные свойства. [13] [14]
Расстояния CX для арилгалогенидов следуют ожидаемой тенденции. Эти расстояния для фторбензола, хлорбензола, бромбензола и метил-4-иодбензоата составляют 135,6(4), 173,90(23), 189,8(1) и 209,9 пм соответственно. [15]
В отличие от типичных алкилгалогенидов, арилгалогениды обычно не участвуют в обычных реакциях замещения. Арилгалогениды с электроноакцепторными группами в орто- и пара- положениях могут вступать в реакции S N Ar . Например, 2,4-динитрохлорбензол реагирует в щелочном растворе с образованием фенола.
В отличие от большинства других реакций замещения, фторид является лучшей уходящей группой, а йодид - худшей. [16] В статье 2018 года указывается, что эта ситуация на самом деле может быть довольно распространенной и возникать в системах, которые, как ранее предполагалось, действуют через механизмы SNAr . [17]
Арилгалогениды часто реагируют через посредничество бензолов . Хлорбензол и амид натрия реагируют в жидком аммиаке с образованием анилина по этому пути.
Арилгалогениды реагируют с металлами, обычно литием или магнием , с образованием металлоорганических производных, которые действуют как источники ариланионов. В результате реакции обмена металл-галоген арилгалогениды превращаются в ариллитиевые соединения. Показательным является получение фениллития из бромбензола с использованием н -бутиллития ( n -BuLi):
Прямое образование реагентов Гриньяра путем добавления магния к арилгалогениду в эфирном растворе работает хорошо, если ароматическое кольцо не подвергается значительной дезактивации электроноакцепторными группами.
Галогениды могут быть вытеснены сильными нуклеофилами посредством реакций с участием анион-радикалов. Альтернативно арилгалогениды, особенно бромиды и йодиды, подвергаются окислительному присоединению и, таким образом, подвергаются реакциям типа аминирования Бухвальда-Хартвига .
Хлорбензол когда-то был предшественником фенола , который теперь получается путем окисления кумола . При высоких температурах арильные группы реагируют с аммиаком с образованием анилинов. [3]
Rhodococcusphenolicus — это бактерия, которая разлагает дихлорбензол как единственный источник углерода. [18]
Арилгалогениды, производимые в крупнейших масштабах, представляют собой хлорбензол и изомеры дихлорбензола. Одним из основных, но прекращенных применений было использование хлорбензола в качестве растворителя для диспергирования гербицида Лассо. В целом, производство арилхлоридов (также производных нафтила) снижается с 1980-х годов, отчасти из-за экологических проблем. [3] Трифенилфосфин получают из хлорбензола:
Арилбромиды широко используются в качестве антипиренов. Наиболее известным представителем является тетрабромбисфенол-А , который получают прямым бромированием дифенола. [19]