Gattermann-Koch 合成

芳香族化合物與等摩爾比的一氧化碳和氯化氫混合氣體在Lewis 酸（常用無水AICI₃與CuCI的混合物）存在下，發生甲醯化反應生成相應芳醛的合成法，稱為Gattermann-Koch合成。

該反應主要用於烷基苯、烷基聯苯等具有供電子烷基的芳甲醛的合成，已經廣泛運用於化工生產。

基本介紹

• 中文名：Gattermann-Koch 合成
• 外文名：Gattermann-Koch synthesis
• 別名：一氧化碳法
• 催化劑：無水AICI3與CuCI
• 特點：甲醯基的引入
• 套用：有機合成

簡介

Gattermann-Koch合成

該方法是用一氧化碳和氯化氫在催化劑三氯化鋁、氯化亞銅存在下，與苯環反應，使芳環上引入一個甲醯基。此法被稱作一氧化碳法，或稱Gattermann-Koch反應。

C₆H₆+CO+HCl —→ Ph—CHO 反應條件：AICI₃與CuCI作為催化劑

該反應主要用於烷基苯、烷基聯苯等具有供電子烷基的芳甲醛的合成。胺基取代苯，其化學性質太活潑，易在該反應條件下與生成的芳醛縮合成三芳基甲烷衍生物。單取代的烷基苯在進行甲醯化時，幾乎全部生成對位產物，該法不適用於酚及酚醚的甲醯化。

Ph—CH₃ +CO +HCl—→ H₃C—Ph—CHO（51%） 反應條件：AICI₃與CuCI作為催化劑，再進一步水解

反應所用催化劑除以AICl₃作主催化劑外，還要加輔助催化劑如CuCl、NiCl₂、CoCl2、TiCl₄等。反應一般在常壓下進行，產率在30%～50%之間，若在加壓（以3.5MPa左右為宜）下進行，產率可提高到80%～90%，溫度一般以25～35℃為宜。

反應實例

ArH + CO+HCl —→ArCHO+HCl 反應條件：AICl₃和CuCl作催化劑

Ar=Ph，C₆H₄Me，C₆H₃Me₂，C₆H₂Me₃，C₆HMe₄，C₆H₄Cl等

此反應可以看成是Friedel—Crafts反應的一種特殊的形式，其機理尚無定論，一般認為可能如下：

CO+HCI+AICl₃ —→ [HC═O] +AICl₄

ArH+[HC═O] —→ ArCHO +H

該反應適合於烷基苯的甲醯化，但不適用於酚、芳醚及具有間位定位基的底物的甲醯化，因為此場合可發生烷基化、脫烷基化、縮合以及烷基重排等副反應。

此反應常以苯、醚、硝基苯等為溶劑。催化劑除AICl₃以外，還可以用AIBr₃，AlI₃，FeCl₃，BF₃等。反應通常在常壓下進行，產率為30%～50%，加壓可提高產率至80%～90%。

一氧化碳與氯化氫可由下列反應製備：

ClSO₃H +HCO₂H —→CO↑ +HCl↑ +H₂SO₄

Gattermann改舊HCN和HCI為醯化劑，無水的氯化金屬鹽（如ZnCl₂等）為催化劑，可使此反應適用於烷基芳烴、酚、酚醚等：

HCN+HCI—→H—C(Cl)═NH

Ph—R +H—C(Cl)═NH—→R—Ph—CH═NH·HCl—→R—Ph—CHO+NH₄Cl 反應條件：第一步為無水ZnCl₂作為催化劑。

為使操作更為簡便與安全並提高產率，Adams採用Zn(CN)₂-HCI代替HCN-HCI，產率達70%以上。

也可以用以五氯化磷與甲酸甲酯反應生成的二氯甲基甲基醚為甲醯化劑，以Lewis酸為催化劑進行芳烴的甲醯化：

PCI₅ +HCO₂Me—→Cl₂CHOMe +POCl₃

能穩定存在的甲醯氟可由甲乙酐與無水氟化氫反應，或由甲酸與氟化鉀反應生成，以它為甲醯化劑，以三氟化硼為催化劑可進行芳烴、酚、硫酚、胺等的甲醯化如圖《反應方程式》所示：

反應方程式

該方法的優點

Gattermann-Koch合成法是在三氯化鋁存在下，對芳香烴通一氧化碳與氯化氫而甲醯化的方法。可用氯化亞銅作助催化劑，它起著一氧化碳載體的作用，有助於甲醯氯的生成。但不一定要用氯化亞銅，特別是在加壓下進行反應時，不用也可得良好的結果。

ArH+CO+HCl —→（ArH+HCOCl）—→ArCHO+HCl 反應條件：第一步以CuCl為催化劑，第二步以AICI₃作為催化劑

一氧化碳與氯化氫氣體可自鋼瓶引出、在中途混合併導入反應系統。而採用甲酸與氯磺酸、氯化亞碸或氧氯化磷配在一起同時發生一氧化碳與氯化氫氣體也是很方便的。高壓反應時，採用反應活性較低的芳烴（一般用苯）稀釋原料芳族化合物，用氯化氫飽和後，密閉高壓鍋，加壓通入一氧化碳（約35kg/cm）進行反應。不用HCl與AICl₃的改良法可用HF/BF₃，CF₃SO₃H，HF/SbF₅，H₂SO₄/AICl₃等，此外還有以甲醯鹵化物中唯一穩定的甲醯氟與三氟化硼一起使用的方法。

Gattermann-Koch法是用醯化能力最強者，只要比氯苯反應活性高的芳族化合物即可進行反應，但因在強酸性條件下進行，不能避免烷基的移位及歧化。而對反應活性高的芳族化合物來說，會生成芳基甲烷及樹脂狀物質。再則由於用一氧化碳氣體等，反應裝置的體積也就較大，一定剪注意反應器的密閉性，所以實驗室常避免用此法。但是如採用可回收的酸催化劑，則反應中所消耗的僅為一氧化碳與原料芳烴，故有利於工業化。