ベンゼン環に鉄触媒を用いてハロゲンを置換させる反応

こんにちは。

前回の置換反応でニトロ化とスルホン化を扱いました。

ニトロ化とスルホン化は結果的に、脱水縮合と考えてよかったわけです。

今回のハロゲン化、つまり塩素なら『クロロ化』臭素なら『ブロモ化』になります。
同じタイプの置換反応だったので、ニトロ化とスルホン化は同じ触媒でした。

実は、今回も同じ反応をするため、触媒は同じです。

この触媒も非常に重要なのでそれにも着目しながらご覧下さい。

クロロ化、ブロモ化の肝は鉄触媒

実は、クロロ化ブロモ化の鍵を握っているのは、鉄です。（画像は磁鉄鉱です）

これは、鉄が４配位の錯イオンになりやすい性質があるからです。

このように、鉄は塩素と結合すると、塩化鉄(III)となります。

そして、これだと鉄の周りに配位結合が３つしかありません。

なので、この鉄が4配位の錯イオンになるために、もう１つ塩素を奪ってこないとだめです。

そして、

[Fe(Cl)₄]^–になります。

この性質を使って、クロロ化ブロモ化をしていきます。さあどのように反応していくのか見物ですね。

クロロ化

まずクロロ化ですが、触媒は、Feまたは、FeCl₃を使います。

ベンゼン環と塩素が反応するので、Feでも、Cl₂と反応してFeCl₃でも触媒として使えます。

FeCl₃とCl₂があります。

そして、このFeCl₃がCl₂から塩素の陰イオンを捕まえます。

すると、塩素の陽イオンができます。

2Fe+3Cl₂→2FeCl₃でFeCl₃が生成されます！
ベンゼン環は、下のように電子がまとわりついていて、

陽イオンまたは、ラジカルしか攻撃できません。

ということから、陽イオンになるというのは、非常に良い状態です。

この陽イオンが、ベンゼン環のC-H結合にアタックしていきます。

このようにして、H⁺を吹き飛ばす事によって、クロロベンゼンになります。

で、このH⁺がさきほどの[FeCl₄]^–からClを奪って、HClになります。

このような流れで、クロロベンゼンが出来ます。

ブロモ化

このブロモ化もクロロ化と同じ反応をします。

臭化鉄(III)FeBr₃が触媒になります。

この臭化鉄(III)がBr₂からBr^–を奪って、[FeBr₄]^–になります。

このBr⁺がベンゼン環にアタックします。すると、H⁺を吹き飛ばしてブロモベンゼンになります。

2Fe+3Br₂→2FeBr₃から、FeBr₃が出来ます。

このようにH+を吹き飛ばしていきます。これにより、ブロモベンゼンが出来上がります。

そして、余ったH⁺が[FeBr₄]^–からBr^–を奪って、HBrになります。

いかがでしょうか？ニトロ化、スルホン化とは異なる置換反応が起ります。

このように、陽イオンがアタックしていくこの反応の流れを抑えておいてください！

それではありがとうございました！