Реакция Канниццаро , названная в честь ее первооткрывателя Станислао Канниццаро , представляет собой химическую реакцию , которая включает в себя диспропорционирование , вызванное основанием , двух молекул неенолизируемого альдегида с образованием первичного спирта и карбоновой кислоты . [1] [2]
Канниццаро впервые осуществил это превращение в 1853 году, когда он получил бензиловый спирт и бензоат калия обработкой бензальдегида поташем ( карбонатом калия). Чаще всего реакцию проводят с гидроксидом натрия или гидроксидом калия , давая натриевую или калиевую карбоксилатную соль 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 альдегида, при этом уходящая группа одновременно атакует другой альдегид на второй стадии. Сначала гидроксид атакует карбонил. Образующийся тетраэдрический промежуточный продукт затем разрушается, повторно образуя карбонил и передавая гидрид для атаки другого карбонила. [4] На заключительном этапе реакции образующиеся ионы кислоты и алкоксида обмениваются протоном. В присутствии очень высокой концентрации основания альдегид сначала образует двухзарядный анион, от которого гидрид-ион передается второй молекуле альдегида с образованием карбоксилат- и алкоксид-ионов. Впоследствии алкоксид-ион приобретает протон от растворителя.
В целом реакция следует кинетике третьего порядка. Это второй порядок по альдегидам и первый порядок по основаниям:
При очень высокой базе становится важным второй путь (k'), который имеет второй порядок по базе:
Путь k' предполагает реакцию между двухзарядным анионом (RCHO 2 2- ) и альдегидом. Прямой перенос гидрид-иона очевиден из наблюдения, что восстановленный спирт не содержит никакого дейтерия, присоединенного к α-углероду, когда реакцию проводят в присутствии D 2 O.h.
Из-за сильнощелочных условий реакции альдегиды, имеющие альфа-атом(ы) водорода, вместо этого подвергаются депротонированию, что приводит к образованию енолятов и возможным альдольным реакциям . В идеальных условиях в результате реакции образуется 50% спирта и карбоновой кислоты (для образования одной кислоты и одного спирта требуются два альдегида). [5] Это может быть экономически целесообразно, если продукты можно разделить и оба имеют ценность; Примером этого является коммерческое преобразование фурфурола в фурфуриловый спирт и 2-фуроевую кислоту . [6] Альтернативно, более высокие выходы одного продукта (обычно спирта) могут быть достигнуты в перекрестной реакции Канниццаро , в которой жертвенный альдегид используется в сочетании с более ценным химическим веществом. В этом варианте восстановителем является формальдегид , который окисляется до формиата натрия , а другой химический альдегид восстанавливается до спирта. Таким образом, выход ценного химического вещества высок, хотя экономия атома 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 пестиком : [7]
В реакции Тищенко в качестве основания используется алкоксид , а не гидроксид, а продуктом является сложный эфир , а не отдельные спиртовые и карбоксилатные группы. После того, как нуклеофильное основание атакует альдегид, образующийся в результате новый анион кислорода атакует другой альдегид, образуя полуацетальную связь между двумя реагентами, ранее содержавшими альдегид, вместо того, чтобы подвергаться тетраэдрическому коллапсу. В конце концов происходит коллапс тетраэдра, в результате чего образуется стабильный эфирный продукт.
Некоторые кетоны могут подвергаться реакции типа Канниццаро, передавая одну из двух углеродных групп, а не гидрид, который присутствует в альдегиде. [8]