Реакция Канниццаро , названная в честь ее первооткрывателя Станислао Канниццаро , представляет собой химическую реакцию , которая включает диспропорционирование двух молекул неенолизируемого альдегида под действием основания с образованием первичного спирта и карбоновой кислоты . [1] [2]
Канниццаро впервые осуществил это преобразование в 1853 году, когда он получил бензиловый спирт и бензоат калия путем обработки бензальдегида поташем ( карбонатом калия). Обычно реакция проводилась с гидроксидом натрия или гидроксидом калия , давая соль карбоксилата натрия или калия продукта карбоновой кислоты:
Процесс представляет собой окислительно-восстановительную реакцию, включающую перенос гидрида от одной молекулы субстрата к другой: один альдегид окисляется с образованием кислоты, другой восстанавливается с образованием спирта. [3]
Реакция включает нуклеофильное ацильное замещение на альдегиде, при этом уходящая группа одновременно атакует другой альдегид на втором этапе. Сначала гидроксид атакует карбонил. Затем полученный тетраэдрический промежуточный продукт разрушается, повторно формируя карбонил и перенося гидрид для атаки другого карбонила. [4] На последнем этапе реакции образованные ионы кислоты и алкоголята обмениваются протоном. В присутствии очень высокой концентрации основания альдегид сначала образует двухзарядный анион, из которого ион гидрида переносится на вторую молекулу альдегида с образованием ионов карбоксилата и алкоголята. Затем ион алкоголята приобретает протон из растворителя.
В целом реакция следует кинетике третьего порядка. Это второй порядок по альдегиду и первый порядок по основанию:
При очень высокой базе становится важным второй путь (k'), который является вторым порядком по базе:
Путь k' подразумевает реакцию между двухзарядным анионом (RCHO 2 2− ) и альдегидом. Прямой перенос гидрид-иона очевиден из наблюдения, что восстановленный спирт не содержит дейтерия, присоединенного к α-углероду, когда реакция проводится в присутствии D 2 O.h
Из-за сильнощелочных условий реакции альдегиды, имеющие атом(ы) альфа-водорода, вместо этого подвергаются там депротонированию, что приводит к енолятам и возможным альдольным реакциям . В идеальных условиях реакция производит 50% как спирта, так и карбоновой кислоты (для получения одной кислоты и одного спирта требуется два альдегида). [5] Это может быть экономически выгодно, если продукты могут быть разделены и оба имеют ценность; примером этого является коммерческая конверсия фурфурола в фурфуриловый спирт и 2-фурановую кислоту . [6] В качестве альтернативы, более высокие выходы одного продукта (обычно спирта) могут быть достигнуты в перекрестной реакции Канниццаро , в которой жертвенный альдегид используется в сочетании с более ценным химикатом. В этом варианте восстановителем является формальдегид , который окисляется до формиата натрия , а другой альдегид восстанавливается до спирта. Таким образом, выход ценного химиката высок, хотя экономия атомов может быть низкой. Примером может служить заключительная стадия синтеза пентаэритрита .
Сообщалось о реакции без растворителя, включающей измельчение жидкого 2-хлорбензальдегида с гидроксидом калия в ступке и пестике : [7]
В реакции Тищенко основанием является алкоксид , а не гидроксид, а продуктом является сложный эфир , а не отдельные спиртовые и карбоксилатные группы. После того, как нуклеофильное основание атакует альдегид, полученный новый анион кислорода атакует другой альдегид, образуя полуацетальную связь между двумя ранее содержащими альдегид реагентами, а не подвергаясь тетраэдрическому коллапсу. В конечном итоге тетраэдрический коллапс действительно происходит, давая стабильный эфирный продукт.
Некоторые кетоны могут подвергаться реакции типа Канниццаро, перенося одну из своих двух углеродных групп вместо гидрида, который присутствовал бы в альдегиде. [8]