उद्योग में विभिन्न प्रकार के एल्किलबेंजीन और एसाइलबेंजीन प्राप्त करते समय, फ्रीडेल-शिल्प प्रतिक्रिया व्यापक हो गई है। यह इन यौगिकों के संश्लेषण के लिए दो ज्ञात विधियों में से एक है, और इसके मापदंडों को उत्पाद की उच्च उपज प्राप्त करने के लिए विनियमित किया जाता है।
एरीन क्षारीकरण प्रक्रियाओं के बारे में अधिक जानकारी
फ्रिडेल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रिया का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण मिथाइल क्लोराइड (CH3Cl) की बेंजीन (C6) के साथ परस्पर क्रिया है। H 6) एल्युमिनियम क्लोराइड (AlCl3) की उपस्थिति में, जहां आउटपुट टोल्यूनि होता है (C7 एच9). यह प्रतिक्रिया 1877 में दो वैज्ञानिकों - चार्ल्स फ्रीडेल और जेम्स क्राफ्ट्स द्वारा प्राप्त की गई थी। यह बाद में एल्काइलेरेन के औद्योगिक उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण घटकों में से एक बन गया।
मुख्य संश्लेषण तथाकथित लुईस एसिड की उपस्थिति में किसी भी एल्काइल हैलाइड के साथ बेंजीन और उसके समरूपों की बातचीत है। अभिकर्मकों के परिवर्तन का सार नहीं बदलता है: प्रतिक्रिया हमेशा एक ही सिद्धांत के अनुसार आगे बढ़ती है। इसके व्युत्पन्नविधि अल्कोहल और एक अकार्बनिक एसिड, एक कार्बोनियम आयन और एक सुगंधित अंगूठी की बातचीत से कार्बनिक रसायन शास्त्र में अल्किलबेंजीन का उत्पादन था।
दूसरी विधि हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl) या हाइड्राज़िन (N2H) के साथ जिंक अमलगम (ZnHg) की उपस्थिति में विभिन्न सुगंधित कीटोन्स की साइड चेन का रूपांतरण है। 2) मजबूत आधार के साथ। दोनों प्रतिक्रियाएं कम करने वाली प्रकृति की हैं: पहली को क्लेमेंस प्रतिक्रिया कहा जाता है, दूसरे को किज़नेर-वुल्फ प्रतिक्रिया कहा जाता है।
इसके अलावा, यदि साइड चेन में असंतृप्त बांड हैं, तो उन्हें हाइड्रोजन गैस (H2) की उपस्थिति में निकल उत्प्रेरक (Ni) पर प्रतिक्रिया द्वारा कम किया जा सकता है।.
प्रतिक्रिया तंत्र
साहित्य प्रतिक्रिया के दो संभावित तरीकों का वर्णन करता है, और ये दोनों इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के सिद्धांत का पालन करते हैं। अंतर केवल इलेक्ट्रोफाइल की प्रकृति में निहित है: पहले मामले में, यह एक अल्किल कार्बोनियम आयन है (दूसरा नाम कार्बोकेशन है), जो दाता के अनुसार एक लुईस एसिड में हलोजन आयन के अतिरिक्त के परिणामस्वरूप बनता है -स्वीकर्ता सिद्धांत, और दूसरे मामले में, यह उसी तरह से सभी भाग लेने वाले अभिकर्मकों के बीच एक आंतरिक परिसर का एक-चरण निर्माण है। प्रत्येक विकल्प का विवरण नीचे दिया गया है।
कार्बोनियम आयन बनाने की प्रतिक्रिया
इस तंत्र में 3 चरणों में संश्लेषण का मार्ग शामिल है, जहां लुईस एसिड, उदाहरण के लिए AlCl3, TiCl4, SnCl 4, FeCl3, BF3, HF एक प्रक्रिया उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।
के लिएएक विशिष्ट फ्राइडल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रिया को ध्यान में रखते हुए, बोरॉन ट्राइफ्लोराइड बीएफ की उपस्थिति में बेंजीन और 1-फ्लोरोप्रोपेन (सी3एच6F) के बीच बातचीत को 3 उत्प्रेरक के रूप में चुना गया था।
प्रक्रिया के पहले चरण में, C3H6‒F, BF के साथ प्रतिक्रिया करता है3, दाता-स्वीकर्ता सिद्धांत के अनुसार हलोजन आयन जोड़ना। बाहरी ऊर्जा स्तर पर, बोरॉन में एक मुक्त सेल (स्वीकर्ता) होता है, जो फ्लोरीन द्वारा इलेक्ट्रॉनों (दाता) की एक साझा जोड़ी के साथ कब्जा कर लिया जाता है। इस जोड़ के कारण, 1-फ्लोरोप्रोपेन में हैलोजन एफ के बगल में खड़ा कार्बन परमाणु सी, एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है और एक बहुत ही प्रतिक्रियाशील प्रोपिल कार्बोनियम आयन बन जाता है। इन आयनों की यह संपत्ति प्राथमिक → द्वितीयक → तृतीयक श्रेणी में बढ़ जाती है, इसलिए, क्षारीकरण प्रतिक्रिया के उत्पादों की स्थितियों के आधार पर, पार्श्व श्रृंखला अधिक लाभप्रद स्थिति में पुनर्व्यवस्थित हो सकती है।
इसके अलावा, परिणामी कार्बोकेशन बेंजीन के साथ प्रतिक्रिया करता है और कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं के बंधन स्थल पर जुड़ता है, इलेक्ट्रॉन घनत्व को सुगंधित रिंग के C में स्थानांतरित करता है।
तीसरे चरण में, परिणामी कण आयनित लुईस एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है, जहां एच परमाणु एरीन से अलग हो जाता है और हाइड्रोजन फ्लोराइड एचएफ के गठन के साथ अलग एफ में शामिल हो जाता है, और प्रतिक्रिया उत्पाद बन जाते हैं n- propylbenzene, isopropylbenzene और कम BF3 ।
आंतरिक परिसर बनाने के लिए संश्लेषण
प्रतिक्रिया तंत्र में एक मध्यवर्ती सामान्य परिसर का निर्माण शामिल है, जहां एक चरण में एल्काइल समूहहलोजन से सुगंधित वलय, और हैलोजन से लुईस एसिड की ओर बढ़ता है, एक आयन जोड़ी बनाता है जो एक अल्किलबेंजीन, एक खनिज यौगिक और एक कम उत्प्रेरक में विघटित होता है।
व्युत्पन्न प्रतिक्रियाओं के प्रकार
खनिज अम्लों की उपस्थिति में बेंजीन और अल्कोहल के साथ इसके समरूपों के लिए फ्राइडल-शिल्प प्रतिक्रिया समान तंत्र का अनुसरण करती है। इस मामले में, हाइड्रोजन परमाणु हाइड्रॉक्साइड आयन से जुड़ जाता है और टूटकर पानी का अणु बनाता है। परिणामी कार्बोनियम आयन, H के साथ अपने बंधन के स्थल पर सुगंधित वलय में कार्बन से जुड़ा होता है। यह परमाणु अलग हो जाता है, एसिड अवशेष में जुड़ जाता है, और परिणामस्वरूप, एल्किलबेंजीन को संश्लेषित किया जाता है।
असंतृप्त हाइड्रोकार्बन में, पृथक हाइड्रोजन दोहरे बंधन के स्थान पर उगता है, जिससे एसिड अवशेष से जुड़ा एक ही कार्बोकेशन बनता है। एल्कीन का हाइड्रोजनीकरण कार्बन परमाणु के पास होता है जो सबसे अनुकूल संरचना बनाता है। फिर प्रतिक्रिया पिछले मामले की तरह आगे बढ़ती है।
संश्लेषण के व्युत्पन्नों में से एक फ्रीडेल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन प्रतिक्रिया भी है, जहां सुगंधित कीटोन बनाने के लिए एल्काइल हैलाइड्स के बजाय एसिड क्लोराइड (आरसीओसीएल) का उपयोग किया जाता है।
दो या अधिक एल्काइल अवशेषों का योग
फ्रिडेल-शिल्प अभिक्रिया में बेंजीन 2 से 6 प्रतिस्थापक जोड़ सकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हर बार बातचीत तेज होती है, क्योंकि सुगंधित रिंग में बंधन पहले से ही कमजोर हो जाता हैसंश्लेषण। Polyalkylbenzenes के गठन की प्रक्रिया एक प्रतिक्रिया के दौरान की जा सकती है, इसलिए, वांछित उत्पाद के उत्पादन को नियंत्रित करने के लिए एक सुगंधित यौगिक की अधिकता का उपयोग किया जाता है। इस पद्धति का उपयोग करके, आप धीरे-धीरे एक समय में एक समूह को बेंजीन और उसके समरूपों की संरचना में शामिल कर सकते हैं।
फ्राइडल-क्राफ्ट्स प्रतिक्रिया में, टोल्यूनि आसानी से अगला एल्किल समूह जोड़ता है, क्योंकि इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के संबंध में एरेन पहले ही सक्रिय हो चुका है। 0 डिग्री सेल्सियस पर प्रतिक्रिया उत्पादों में ऑर्थो- और पैरा-ज़ाइलिन का संतुलन मिश्रण होगा, और जब तापमान 80 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, तो मुख्य रूप से केवल मेटा-यौगिक संश्लेषित किया जाएगा। यह समझाया गया है, जैसा कि नीचे वर्णित किया जाएगा, मिश्रण के ताप के आधार पर कुछ स्थितियों के गठन के ऊर्जा लाभ द्वारा।
इस संश्लेषण का एक विस्तार मुख्य तंत्र के माध्यम से एक से अधिक सुगंधित वलय को जोड़ने के लिए पॉलीहेलोकेन की संभावित क्षमता है।
संश्लेषण विशेषताएं
जैविक रसायन में ऐल्किलबेनज़ीन समावयवों के मिश्रण के बनने को दो कारणों से समझाया गया है। सबसे पहले, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, कार्बोकेशन के गठन में कभी-कभी अधिक अनुकूल पुनर्व्यवस्था शामिल होती है, जिसके कारण विभिन्न उत्पाद संरचनाएं बनती हैं। दूसरे, उनकी मात्रात्मक संरचना को तापमान शासन (0 डिग्री सेल्सियस से 80 डिग्री सेल्सियस तक) द्वारा नियंत्रित किया जाता है, अर्थात, एक विशिष्ट संरचना के गठन की ऊर्जा खपत की भरपाई के लिए तापमान में वृद्धि के साथ, कोई प्राप्त कर सकता हैआइसोमर्स में से एक की उच्च उपज। यही सिद्धांत डायलकिलबेंजीन के निर्माण पर भी लागू होता है, जहां ऑर्थो- और पैरा-पोजिशन बढ़ते तापमान के साथ मेटा-ओरिएंटेशन को रास्ता देते हैं।
संश्लेषण लागू करने में सीमाएं
ऐसी 3 बारीकियां हैं जिनके कारण फ्राइडेल‒शिल्प प्रतिक्रिया साइड इफेक्ट के साथ जा सकती है या बिल्कुल भी नहीं जा सकती है।
सुगंधित वलय में इलेक्ट्रोड की कमी वाले पदार्थों का परिचय आगे प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं के संबंध में एरेन निष्क्रियता के साथ है। इसलिए, उदाहरण के लिए, जब एक नाइट्रोनियम आयन को एल्काइलबेंजीन में जोड़ा जाता है, तो संश्लेषण अधिक कठिन होता है, क्योंकि यह बाहरी ऊर्जा स्तर पर एक खाली सेल को भरने के लिए नाइट्रोजन की प्रवृत्ति के कारण इलेक्ट्रॉन घनत्व को अपनी ओर खींचता है। उन्हीं कारणों से, पॉलीनाइट्रेशन या, उदाहरण के लिए, पॉलीसल्फ़ोनेशन बहुत कठोर परिस्थितियों में होता है, क्योंकि प्रत्येक बाद के संश्लेषण के साथ सुगंधित वलय अपनी प्रतिक्रियाशीलता खो देता है।
इसलिए, फ़्रीडेल-शिल्प संश्लेषण आगे नहीं बढ़ता है यदि सुगंधित वलय में इलेक्ट्रोडडेफिशिएंट पदार्थ होते हैं, विशेष रूप से वे जो दृढ़ता से बुनियादी गुणों वाले होते हैं जो लुईस एसिड को बांधते हैं (उदाहरण के लिए -NH2, -एनएचआर, -एनआर2)। लेकिन प्रतिक्रियाएं, उदाहरण के लिए, हेलोबेंजीन या सुगंधित कार्बोक्जिलिक एसिड के साथ एक विशिष्ट तंत्र का पालन करते हैं, हालांकि वे कम प्रतिक्रियाशील होते हैं।
एक महत्वपूर्ण बिंदु प्रक्रिया में या अंत में उत्पाद में कार्बोनियम आयन की पुनर्व्यवस्था भी है, क्योंकि यह संश्लेषण की स्थिति, विशेष रूप से, तापमान और अल्काइलेटेड पदार्थ की अधिकता से बहुत प्रभावित होता है।
बजायएल्काइल हैलाइड्स R‒X (R=एल्काइल समूह, X=हैलोजन) Ar‒X हैलोजनाइड्स (Ar=सुगंधित यौगिक) का उपयोग नहीं किया जा सकता है, क्योंकि लुईस एसिड के प्रभाव में भी एक प्रतिस्थापन को निकालना बहुत मुश्किल होता है।
