Réarrangement de Fries

Malgré d'actives recherches, aucune étude concluante sur le mécanisme réactionnel de ce réarrangement n'a été publiée. Des analyses croisées ont montré l'action de processus à la fois intra et intermoléculaires. Le déroulement de la réaction dépend à la fois des substrats et du solvant. On considère généralement le mécanisme présenté ci-dessous comme représentant le plus fidèlement la réaction réelle. Dans un premier temps, l'acide de Lewis, ici le chlorure d'aluminium AlCl₃, attaque l'oxygène du groupe carbonyle de l'acyle (1), plus négatif que l'oxygène phénolique et donc attaqué en premier comme base de Lewis. La liaison entre le radical acyle et l'oxygène s'en trouve polarisée (2). Le chlorure d'aluminium migre ensuitre vers l'oxygène phénolique (3), et un carbocation acylium (5) est libéré après déplacement des électrons de la liaison ester. Ce cation acylium (5) réagit avec l'anion aromatique (4) par substitution électrophile aromatique classique. Il peut se produire une attaque en position ortho ou en position para. L'orientation de la substitution dépend de la température (contrôle thermodynamique) : le produit ortho est favorisé à température élevée tandis que le produit para est favorisé à basse température, la configuration ortho formant un complexe bidentate plus stable avec l'aluminium[4]. La polarité du solvant intervient également, les solvants apolaires favorisant les substitutions ortho tandis que les solvants polaires favorisent les substitutions para[5]. Un proton est éliminé après l'attaque électrophile afin de restaurer la nature aromatique du produit, donnant la cétone ortho (7) ou para (10). La cétone obtenue demeure liée à l'aluminium sous forme d'anion. Ce composé d'aluminium est ensuite hydrolysé pour obtenir l'hydroxycétone ortho (8) ou para (11) souhaitée[6] - [7].

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  Clivage de la liaison ester libérant le cation acylium sous l'effet de l'acide de Lewis.

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  Réarrangement en position ortho.

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  Réarrangement en position para.

Outre la réaction d'ester phénylique décrite ci-dessus, il existe une variante de cette réaction connue sous le nom de réarrangement photo-Fries[8] - [9], parfois écrite « réarrangement de photo-Fries ». Ce réarrangement-là procède selon un mécanisme radicalaire. Il peut être mis en œuvre en présence de groupes désactivants sur le composé aromatique, mais n'a été employé qu'en laboratoire en raison de rendements généralement faibles. Si la position para du radical est occupée par un substituant, par exemple un groupe méthyle, il ne peut se former que des ortho-hydroxycétones[10] (8) ; en l'absence de substituant, la réaction conduit à la fois à des substitutions ortho (8) et para[3] (11). La réaction commence par la formation photochimique d'un radical acyle (13) et d'un radical aryloxy (12) stabilisé par mésomérie. L'orientation ortho ou para du réarrangement est conditionné par les structures de résonance limites du radical aryloxy, qui donnent l'hydroxycétone ortho ou para après relocalisation d'un proton[7].

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  Formation des radicaux acyle et aryloxy (avec ici trois mésomères).

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  Réarrangement en position ortho.

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  Réarrangement en position para.

Un réarrangement de Fries anionique consiste en l'ortho-métallation (en) de carbonates, de carbamates et d'esters d'aryle avec une base forte aboutissant à des ortho-carbonyles[11].

La réaction de phénols avec des halogénures d'acyle dans les conditions de l'acylation de Friedel-Crafts donne des esters phényliques mais pas les hydroxyarylcétones souhaitées, de sorte que le réarrangement de Fries est utilisé dans l'industrie pour la production de tels composés, qui sont des précurseurs importants pour la synthèse de diverses substances phramaceutiques. Le chlorure d'aluminium AlCl₃ peut être remplacé dans certains cas par d'autres acides de Lewis tels que le trifluorure de bore BF₃ ou le triflate de bismuth Bi₃CF₃SO₃, ou encore des acides protiques forts tels que l'acide fluorhydrique HF ou l'acide méthylsulfonique CH₃SO₃H. Des recherches visent à remplacer ces catalyseurs corrosifs et écologiquement dommageables.