stringtranslate.com

Альдольная конденсация

Альдольная конденсация — это реакция конденсации в органической химии , в которой два карбонильных фрагмента ( альдегидов или кетонов ) реагируют с образованием β-гидроксиальдегида или β-гидроксикетона ( альдольная реакция ), а затем следует дегидратация с образованием сопряженного енона .

Общее уравнение реакции выглядит следующим образом (где Rs может быть H):Обзор альдольной конденсации

Альдольные конденсации важны в органическом синтезе и биохимии как способы образования углерод-углеродных связей . [2] [3] [4] [5]

В своей обычной форме он включает нуклеофильное присоединение енолята кетона к альдегиду с образованием β-гидроксикетона или альдоля ( альдегид + спирт ) , структурной единицы, встречающейся во многих природных молекулах и фармацевтических препаратах . [6] [7] [8]

Альдольная реакция
Альдольная реакция

Термин альдольная конденсация также широко используется, особенно в биохимии , для обозначения только первой (присоединительной) стадии процесса — самой альдольной реакции — катализируемой альдолазами . Однако формально первая стадия является реакцией присоединения, а не реакцией конденсации, поскольку она не связана с потерей небольшой молекулы.

Механизм

Первая часть этой реакции — альдольная реакция , вторая часть — дегидратация — реакция элиминирования (включает удаление молекулы воды или молекулы спирта ). Дегидратация может сопровождаться декарбоксилированием , если присутствует активированная карбоксильная группа. Продукт альдольного присоединения может быть дегидратирован по двум механизмам: сильное основание , такое как трет -бутоксид калия , гидроксид калия или гидрид натрия, депротонирует продукт до енолята , который элиминируется по механизму E1cB , [9] [10], в то время как дегидратация в кислоте протекает по механизму реакции E1 . В зависимости от природы желаемого продукта альдольная конденсация может проводиться в двух широких типах условий: кинетический контроль или термодинамический контроль . [11] Для реакций альдольной конденсации подходят как кетоны, так и альдегиды. В приведенных ниже примерах используются альдегиды.

Альдольная конденсация, катализируемая основанием

Механизм альдольной конденсации в основных условиях, который происходит через енолятные промежуточные соединения и элиминирование E1CB.
Механизм альдольной конденсации в основных условиях, который происходит через енолятные промежуточные соединения и элиминирование E1CB.

Кислотно-катализируемая альдольная конденсация

Механизм альдольной конденсации в кислых условиях, который происходит через промежуточные енольные соединения и реакцию элиминирования.
Механизм альдольной конденсации в кислых условиях, который происходит через промежуточные енольные соединения и реакцию элиминирования.

Перекрестная альдольная конденсация

Перекрестная альдольная конденсация является результатом двух разнородных карбонильных соединений, содержащих α-водород(ы), подвергающихся альдольной конденсации. Обычно это приводит к четырем возможным продуктам, поскольку любое карбонильное соединение может действовать как нуклеофил, и возможна самоконденсация, что делает смесь синтетически бесполезной. Однако этой проблемы можно избежать, если одно из соединений не содержит α-водород, что делает его неенолизуемым. В альдольной конденсации между альдегидом и кетоном кетон действует как нуклеофил, поскольку его карбонильный углерод не обладает высокой электрофильностью из-за эффекта +I и стерических препятствий . Обычно перекрестный продукт является основным. Любые следы самоальдольного продукта из альдегида можно исключить, если сначала приготовить смесь подходящего основания и кетона, а затем медленно добавить альдегид к указанной реакционной смеси. Использование слишком концентрированного основания может привести к конкурирующей реакции Канниццаро . [12]

Примеры

Процесс Aldox , разработанный компаниями Royal Dutch Shell и Exxon , преобразует пропен и синтез-газ в 2-этилгексанол посредством гидроформилирования в масляный альдегид , альдольной конденсации в 2-этилгексеналь и, наконец, гидрирования . [13]

процесс альдокс

Пентаэритрит производится в больших масштабах, начиная с перекрестной альдольной конденсации ацетальдегида и трех эквивалентов формальдегида с образованием пентаэритрозы, которая далее восстанавливается в реакции Канниццаро . [14]

Синтез пентаэритрита

Объем

Этил 2-метилацетоацетат и камфоленовый альдегид реагируют в альдольной конденсации. [15] Синтетическая процедура [16] типична для этого типа реакции. В процессе, помимо воды, эквивалент этанола и диоксида углерода теряется при декарбоксилировании .

Альдольная конденсация этил-2-метилацетоацетата и камфоленового альдегида.

Этилглиоксилат 2 и глутаконат (диэтил-2-метилпент-2-ендиоат) 1 реагируют с образованием изопрентрикарбоновой кислоты 3 ( скелет изопрена (2-метилбута-1,3-диена)) с этоксидом натрия . Этот продукт реакции очень нестабилен с первоначальной потерей диоксида углерода и последующими многими вторичными реакциями. Считается, что это происходит из-за стерического напряжения , возникающего из-за метильной группы и карбоксильной группы в цис -диеноидной структуре. [17]

Изопрентрикарбоновая кислота
Изопрентрикарбоновая кислота

Иногда альдольная конденсация скрыта в многоступенчатой ​​реакции или в каталитическом цикле , как в следующем примере: [18]

Циклизация терминальных алкиналов в циклоалкены, катализируемая Ru
Циклизация терминальных алкиналов в циклоалкены, катализируемая Ru

В этой реакции алкинал 1 превращается в циклоалкен 7 с рутениевым катализатором, и фактическая конденсация происходит с промежуточным соединением 3 через 5. Поддержка механизма реакции основана на изотопной маркировке . [b]

Реакция между ментоном ((2 S ,5 R )-2-изопропил-5-метилциклогексаноном) и анисовым альдегидом (4-метоксибензальдегидом) осложняется стерическим экранированием кетоновой группы. Это препятствие преодолевается с помощью сильного основания, такого как гидроксид калия , и очень полярного растворителя, такого как ДМСО, в реакции ниже: [19]

Реакция Кляйзена-Шмидта
Реакция Кляйзена-Шмидта

Продукт может эпимеризоваться посредством общего промежуточного продукта — енолята A — для преобразования между исходными эпимерами ( S , R ) и ( R , R ). Продукт ( R , R ) нерастворим в растворителе реакции, тогда как ( S , R ) растворим. Осаждение продукта ( R , R ) запускает равновесную реакцию эпимеризации, образуя его как основной продукт.

Другие реакции конденсации

Существуют и другие реакции карбонильных соединений, похожие на альдольную конденсацию:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Кляйн, Дэвид Р. (22 декабря 2020 г.). Органическая химия (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. стр. 1014. ISBN 978-1-119-65959-4. OCLC  1201694230.
  2. ^ Смит, МБ; Марч, Дж. (2001). Advanced Organic Chemistry (5-е изд.). Нью-Йорк: Wiley Interscience. С. 1218–1223. ISBN 0-471-58589-0.
  3. ^ ab Carey, Francis A.; Sundberg, Richard J. (1993). Advanced Organic Chemistry Part B Reactions and Synthesis (3-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Plenum. С. 55. ISBN 0-306-43440-7.
  4. ^ Wade, LG (2005). Органическая химия (6-е изд.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. стр. 1056–1066. ISBN 0-13-236731-9.
  5. ^ Марвальд, Р. (2004). Современные альдольные реакции . Том. 1, 2. Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH. стр. 1218–1223. ISBN 3-527-30714-1.
  6. ^ Heathcock, CH (1991). Дополнения к CX π-связям, часть 2. Комплексный органический синтез. Селективность, стратегия и эффективность в современной органической химии. Том 2. Oxford: Pergamon. С. 133–179. ISBN 0-08-040593-2.
  7. ^ Mukaiyama T. (1982). «Направленная альдольная реакция». Organic Reactions . 28 : 203–331. doi :10.1002/0471264180.or028.03. ISBN 0471264180.
  8. ^ Патерсон, И. (1988). «Новая асимметричная альдольная методология с использованием енолятов бора». Химия и промышленность . 12. Лондон: Paterson Group: 390–394.
  9. ^ Nielsen, AT; Houlihan., WJ (1968). «Альдольная конденсация». Органические реакции . 16 : 1–438. doi :10.1002/0471264180.or016.01. ISBN 0471264180.
  10. ^ Перрен, CL; Чанг, KL (2016). «Полный механизм альдольной конденсации». J. Org. Chem . 81 (13): 5631–5. doi :10.1021/acs.joc.6b00959. PMID  27281298.
  11. ^ Кэри, Фрэнсис А.; Сандберг, Ричард Дж. (1993). Advanced Organic Chemistry Часть A: Структура и механизмы (3-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Plenum. С. 458. ISBN 0-306-43440-7.
  12. ^ Саньял, SN (2003). Реакции, перегруппировки и реагенты (4-е изд.). Дарьягундж, Нью-Дели: Bharati Bhavan Publishers (P&D). стр. 80. ISBN 978-81-7709-605-7.
  13. ^ Градуированное гидрирование альдокс-альдегидов в спирты US US3118954A 
  14. ^ Schurink, HBJ (1925). "Пентаэритрит". Органические синтезы . 4 : 53. doi :10.15227/orgsyn.004.0053; Собрание томов , т. 1, стр. 425.
  15. ^ Бадия, К.; Кастро, Дж. М.; Линарес-Паломино, П.Дж.; Салидо, С.; Альтарехос, Дж.; Ногерас, М.; Санчес, А. (2004). «(Е)-6-(2,2,3-Триметилциклопент-3-енил)-гекс-4-ен-3-он». Молбанк . 2004 (1): М388. дои : 10.3390/M388 .
  16. ^ Этил 2-метилацетоацетат ( 2 ) добавляют к перемешиваемому раствору гидрида натрия в диоксане . Затем добавляют камфоленовый альдегид ( 1 ) и смесь кипятят с обратным холодильником в течение 15 ч. Затем добавляют 2N соляную кислоту и смесь экстрагируют диэтиловым эфиром . Объединенные органические слои промывают 2N соляной кислотой , насыщенным бикарбонатом натрия и рассолом . Органическую фазу сушат над безводным сульфатом натрия , а растворитель выпаривают при пониженном давлении, получая остаток, который очищают вакуумной перегонкой, получая 3 (58%).
  17. ^ Горен, МБ; Соколоски, ЕА; Фалес, ХМ (2005). "2-Метил-(1 Z ,3 E )-бутадиен-1,3,4-трикарбоновая кислота, "Изопрентрикарбоновая кислота"". Журнал органической химии . 70 (18): 7429–7431. doi :10.1021/jo0507892. PMID  16122270.
  18. ^ Варела, JA; Гонсалес-Родригес, C.; Рубин, SG; Кастедо, L.; Саа, C. (2006). «Циклизация терминальных алкиналов в циклоалкены, катализируемая рутением». Журнал Американского химического общества . 128 (30): 9576–9577. doi :10.1021/ja0610434. PMID  16866480.
  19. ^ Ващенко, В.; Кутуля, Л.; Кривошей, А. (2007). "Простой и эффективный протокол конденсации Кляйзена–Шмидта затрудненных циклических кетонов с ароматическими альдегидами". Синтез . 2007 (14): 2125–2134. doi :10.1055/s-2007-983746.

Примечания

  1. ^ Тепло обычно добавляется вручную с помощью горячей плиты или уже присутствует с помощью экзотермической каталитической реакции, например, когда - OCH 3 используется в качестве основания.

    Это приводит во вторую стадию, удаляя воду, это позволяет равновесию реакции постоянно благоприятствовать механизму дегидратации, превращая присутствующий временный продукт присоединения в его конечный продукт конденсации. В противном случае значительное количество нежелательного побочного продукта альдольного присоединения будет образовываться наряду с продуктом альдольной конденсации. [1]
  2. ^ Катализатор рутения , [CpRu(CH 3 CN) 3 ]PF 6 , имеет циклопентадиенильный лиганд , три ацетонитрильных лиганда и противоион гексафторида фосфора ; кислотный протон в растворителе ( уксусной кислоте ) заменяется дейтерием для изотопной маркировки . Условия реакции: 90°C, 24 часа. Химический выход 80% . Первым шагом является образование комплекса карбена переходного металла 2. Уксусная кислота присоединяется к этому промежуточному соединению в нуклеофильном присоединении с образованием енолята 3 с последующей альдольной конденсацией до 5 , на которой молекула оксида углерода теряется до 6. Заключительным шагом является восстановительное элиминирование с образованием циклоалкена.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Альдольная конденсация .