ハロゲン化アリール

有機化学において、ハロゲン化アリール（ハロアレーンとも呼ばれる）は、芳香族環に直接結合した1つ以上の水素原子がハロゲン化物に置き換えられた芳香族化合物である。ハロアレーンは、調製方法や特性に多くの違いがあるため、ハロアルカンとは異なる。最も重要なメンバーは塩化アリールであるが、化合物のクラスは非常に広範囲であるため、多くの誘導体と用途がある。

アリールフッ化物は、医薬品、農薬、液晶などの合成中間体として使用されます。^[1]ジアゾニウム塩の変換は、アリールフッ化物への確立された経路です。したがって、アニリンはアリールフッ化物の前駆体です。古典的なシーマン反応では、テトラフルオロホウ酸がフッ素供与体です。

[C ₆ H ₅ N+2]BF−4 → C ₆ H ₅ F + N ₂ + BF ₃

場合によっては、フッ化物塩が使用されます。

[C ₆ H ₅ N+2]F ⁻ → C ₆ H ₅ F + N ₂

多くの市販のアリールフッ化物は、ハレックス法によってアリール塩化物から製造されている。この方法は、電子吸引基も持つアリール塩化物によく使用される。例として、 2-ニトロクロロベンゼンからの2-フルオロニトロベンゼンの合成が挙げられる：^[2]

O ₂ NC ₆ H ₄ Cl + KF → O ₂ NC ₆ H ₄ F + KCl

塩化アリールは、商業的に最も大規模に生産されているハロゲン化アリールであり、米国だけで年間15万トン生産されている（1994年）。環境問題のため、生産量は減少している。クロロベンゼンは主に溶剤として使用されている。^[3]

フリーデル・クラフツハロゲン化または「直接塩素化」が主な合成経路である。 塩化鉄(III)などのルイス酸が反応を触媒する。最も多く生成されるアリールハロゲン化物であるクロロベンゼンは、この経路で生成される。^[4]

C ₆ H ₆ + Cl ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl

ベンゼンのモノクロル化は、ジクロロベンゼン誘導体の形成を伴う。^[3] 電子供与基を持つアレーンは、ルイス酸がなくてもハロゲンと反応する。例えば、フェノールやアニリンは塩素や臭素水と急速に反応して、多ハロゲン化生成物を与える。詳細な実験手順が多数利用可能である。^[5]アルキルベンゼン誘導体、例えばトルエンの場合、アルキル位置はフリーラジカル条件によってハロゲン化される傾向があるのに対し、環ハロゲン化はルイス酸の存在下で優先される。^{[6]臭素水の脱色は、電子豊富なアレーンによって}臭素試験に利用される。

ベンゼンのオキシ塩素化は、直接ハロゲン化における副産物としてのHClを回避するという理由で、十分に研究されてきた。^[3]

4 C ₆ H ₆ + 4 HCl + O ₂ → 4 C ₆ H ₅ Cl + H ₂ O

しかし、この技術は広く使用されていません。

ガッターマン反応は、銅ベースの試薬を使用してジアゾニウム塩をクロロベンゼンに変換するのにも使用できます。ジアゾニウム塩は高価なため、この方法は特殊な塩化物にのみ使用されます。

商業的に生産されている主なアリール臭化物は、テトラブロモフタル酸無水物、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモビスフェノール Aです。これらの物質は難燃剤として使用されます。これらはフェノールとアリールエーテル の直接臭素化によって生産されます。無水フタル酸は臭素に対して反応性が低いため、酸性媒体を使用する必要があります。

ガッターマン反応は、銅ベースの試薬を使用してジアゾニウム塩を臭化ベンゼンに変換するのにも使用できます。ジアゾニウム塩は高価なため、この方法は特殊な臭化物にのみ使用されます。

合成アリールヨウ化物はX線造影剤として使用されますが、それ以外ではこれらの化合物は大規模に生産されていません。アリールヨウ化物は、クロスカップリング反応やグリニャール試薬への変換など、多くの反応の「簡単な」基質ですが、より軽く反応性の低いアリール塩化物や臭化物よりもはるかに高価です。

アリールヨウ化物はジアゾニウム塩をヨウ化物塩で処理することによって製造できる。^[7]アニリンやジメトキシ誘導体 などの電子豊富なアレーンはヨウ素と直接反応する。^[8]

アリールリチウムとアリールグリニャール試薬はヨウ素と反応してアリールハロゲン化物を生成します。

ArLi + I ₂ → ArI + LiI

この方法は、すべてのアリールハライドの調製に適用できます。1つの制限は、^[9]アリールリチウム試薬とグリニャール試薬のほとんどが、すべてではありませんが、アリールハライドから生成されることです。

アリールハライドという用語には、あらゆる芳香族化合物のハロゲン化誘導体が含まれますが、一般的には、特にベンゼンのハロゲン化誘導体であるハロベンゼンを指します。ハロベンゼンのグループには、フルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼンのほか、同じベンゼン環に結合した少なくとも 2 種類の異なるハロゲンを含む混合ハロベンゼンが含まれます。ハロベンゼン誘導体も多数あります。

ハロピリジンは芳香族化合物ピリジンをベースにしています。^[10]これにはクロロピリジンとブロモピリジンが含まれます。クロロピリジンは医薬品や農薬の重要な中間体です。

ハロゲン化ナフタレンはナフタレンをベースとしています。ポリ塩化ナフタレンは、絶縁性、疎水性、難燃性の特性から、1930年代から1950年代にかけてケーブルやコンデンサの製造に広く使用されていましたが、毒性、環境への残留性、新素材の導入により、この用途では段階的に廃止されました。^[3]

甲状腺ホルモンである トリヨードチロニン（T ₃）とチロキシン（T ₄）はアリールヨウ化物です。テトラヨウ化物であるT _{4 は}、チロシン誘導体の求電子ヨウ素化によって生合成されます。^[11] 合成T ₄は、米国で最も処方されている医薬品の1つです^[12]

多くの塩素化芳香族化合物および臭素化芳香族化合物は海洋生物によって生産される。海水中の塩化物と臭化物がハロゲンの源である。様々なペルオキシダーゼ 酵素（例えば、臭化ペルオキシダーゼ）が反応を触媒する。チロシン、トリプトファン、および様々なピロールに見られる電子豊富な環の誘導体は数多くある。これらの天然アリールハロゲン化物の中には、有用な薬効を示すものがある。^{[13] [14]}

アリールハライドのCX距離は予想通りの傾向を示している。フルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、メチル4-ヨードベンゾエートに対するCX距離はそれぞれ135.6(4)、173.90(23)、189.8(1)、209.9 pmである。^[15]

一般的なアルキルハライドとは異なり、アリールハライドは通常、従来の置換反応には関与しません。オルト位とパラ位に電子吸引基を持つアリールハライドは、 S _N Ar反応を起こすことができます。たとえば、2,4-ジニトロクロロベンゼンは、塩基性溶液中で反応してフェノールを生成します。

他のほとんどの置換反応とは異なり、フッ素は最も脱離しやすい基であり、ヨウ化物は最も脱離しやすい基です。^{[16] 2018年の論文によると、この状況は実際にはかなり一般的であり、以前はS} _N Ar機構 で進行すると想定されていたシステムで発生する可能性があります。^[17]

ハロゲン化アリールは、ベンザインを介して反応することが多い。クロロベンゼンとアミドナトリウムは液体アンモニア中で反応し、この経路でアニリンを生成する。

ハロゲン化アリールは金属、一般的にはリチウムまたはマグネシウムと反応して、アリールアニオンの供給源として機能する有機金属誘導体を生成します。金属ハロゲン交換反応により、ハロゲン化アリールはアリールリチウム化合物に変換されます。例として、 n-ブチルリチウム( n -BuLi) を使用して臭化ベンゼンからフェニルリチウムを調製します。

C ₆ H ₅ Br + BuLi → C ₆ H ₅ Li + BuBr

芳香族環が電子吸引基によって著しく不活性化されていない場合、エーテル溶液中のハロゲン化アリールにマグネシウムを加えることによる グリニャール試薬の直接形成はうまく機能します。

ハロゲン化物は、ラジカルアニオンを伴う反応を介して強力な求核剤によって置換される可能性があります。一方、アリールハロゲン化物、特に臭化物とヨウ化物は酸化付加を受け、ブッフバルト・ハートウィッグアミノ化型反応の対象となります。

クロロベンゼンはかつてフェノールの原料でしたが、現在はクメンの酸化によって作られています。高温では、アリール基がアンモニアと反応してアニリンが生成されます。^[3]

ロドコッカス・フェノールはジクロロベンゼンを唯一の炭素源として分解する細菌である^{。 [18]}

最も大規模に生産されているハロゲン化アリールはクロロベンゼンとジクロロベンゼンの異性体である。主要な用途の一つは、除草剤ラッソを分散させるための溶剤としてのクロロベンゼンの使用であったが、現在は使用されていない。全体として、塩化アリール（ナフチル誘導体も含む）の生産量は、環境問題もあって1980年代から減少している。^[3] トリフェニルホスフィンはクロロベンゼンから生産される。

3 C ₆ H ₅ Cl + PCl ₃ + 6 Na → P(C ₆ H ₅ ) ₃ + 6 NaCl

臭化アリールは難燃剤として広く使用されています。最も有名なのはテトラブロモビスフェノールAで、ジフェノールの直接臭素化によって製造されます。^[19]