Альдольная конденсация
| Альдольная конденсация | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Тип реакции | Реакция конденсации | ||||||||
| Реакция | |||||||||
| |||||||||
| Условия | |||||||||
| Температура | +Д, ~100°С [а] | ||||||||
| Катализатор | − ОН или Ч + | ||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Портал органической химии | альдольная конденсация | ||||||||
| RSC Идентификатор онтологии | RXNO: 0000017 | ||||||||
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): 
Альдольные конденсации важны в органическом синтезе и биохимии как способ образования углерод-углеродных связей . [2] [3] [4] [5]
В своей обычной форме он включает нуклеофильное присоединение кетона енолята к альдегиду с образованием β-гидроксикетона или альдола ( альдегид + спирт ) , структурной единицы, встречающейся во многих природных молекулах и фармацевтических препаратах . [6] [7] [8]
Термин «альдольная конденсация» также широко используется, особенно в биохимии , для обозначения только первой стадии (присоединения) процесса — самой альдольной реакции — катализируемой альдолазами . Однако формально первый шаг представляет собой реакцию присоединения, а не реакцию конденсации, поскольку он не предполагает потери небольшой молекулы.
Механизм
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел необходимо расширить : фактически обсудить механизмы обезвоживания, а не просто представить их изображение. Вы можете помочь, добавив к нему . ( июнь 2018 г. ) |
Первая часть этой реакции — реакция Альдоля , вторая часть — реакция дегидратации — реакция элиминирования (включает удаление молекулы воды или молекулы спирта ). Дегидратация может сопровождаться декарбоксилированием при наличии активированной карбоксильной группы. Продукт присоединения альдола может быть дегидратирован по двум механизмам; сильное основание , такое как калия трет- бутоксид , гидроксид калия или гидрид натрия, депротонирует продукт до енолята , который удаляется по механизму E1cB , [9] [10] в то время как дегидратация в кислоте протекает по механизму реакции Е1 . В зависимости от природы желаемого продукта альдольную конденсацию можно проводить в двух широких типах условий: кинетическом контроле или термодинамическом контроле . [11] Для реакций альдольной конденсации пригодны как кетоны, так и альдегиды. В приведенных ниже примерах используются альдегиды.
Альдольная конденсация, катализируемая основаниями
[ редактировать ]
A mechanism for aldol condensation in basic conditions, which occurs via enolate intermediates and E1CB elimination.
Кислотно-катализируемая альдольная конденсация
[ редактировать ]
A mechanism for aldol condensation in acidic conditions, which occurs through enol intermediates and an elimination reaction.
 |  |
| анимация, базовый катализатор | анимация, кислотно-катализируемая |
Скрещенная альдольная конденсация
[ редактировать ]Скрещенная альдольная конденсация является результатом альдольной конденсации двух разнородных карбонильных соединений, содержащих α-водород(ы). Обычно это приводит к образованию четырех возможных продуктов, 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 неенолизируемым. При альдольной конденсации между альдегидом и кетоном кетон действует как нуклеофил, так как его карбонильный углерод не обладает высоким электрофильным характером из-за эффекта +I и стерических затруднений . Обычно скрещенное произведение является старшим. Любые следы самоальдольного продукта из альдегида можно исключить, сначала приготовив смесь подходящего основания и кетона, а затем медленно добавляя альдегид к указанной реакционной смеси. Использование слишком концентрированной основы может привести к конкурирующей реакции Канниццаро . [12]
Примеры
[ редактировать ]Процесс Aldox , разработанный Royal Dutch Shell и Exxon , превращает пропен и синтез-газ в 2-этилгексанол посредством гидроформилирования в бутиральдегид , альдольной конденсации в 2-этилгексеналь и, наконец, гидрирования . [13]
Пентаэритрит производится в больших масштабах, начиная с перекрестно-альдольной конденсации ацетальдегида и трех эквивалентов формальдегида с образованием пентаэритрозы, которая далее восстанавливается в реакции Канниццаро . [14]
Объем
[ редактировать ]Этил-2-метилацетоацетат и камфоленовый альдегид реагируют в результате альдольной конденсации. [15] Синтетическая процедура [16] типична для этого типа реакции. При этом, помимо воды, при декарбоксилировании теряется эквивалент этанола и углекислого газа .
Этилглиоксилат 2 и глутаконат (диэтил-2-метилпент-2-ендиоат) 1 реагируют с изопренетрикарбоновой кислотой 3 ( изопреновый (2-метилбута-1,3-диеновый) скелет) с этоксидом натрия . Этот продукт реакции очень нестабилен, с первоначальной потерей углекислого газа и последующим множеством вторичных реакций. Считается, что это происходит из-за стерического напряжения, возникающего из-за метильной группы и карбоксильной группы в цис -диеноидной структуре. [17]
Иногда альдольная конденсация скрывается в многостадийной реакции или каталитическом цикле , как в следующем примере: [18]
В этой реакции алкиналь 1 превращается в циклоалкен 7 с помощью катализатора , и происходит фактическая конденсация с промежуточными 3-5 соединениями рутениевого . Подтверждение механизма реакции основано на мечении изотопов . [б]
Реакция между ментоном ((2S , 5R ) -2-изопропил-5-метилциклогексаноном) и анисальдегидом (4-метоксибензальдегидом) затруднена из-за стерического экранирования кетоновой группы. Это препятствие преодолевается за счет использования сильного основания, такого как гидроксид калия , и очень полярного растворителя, такого как ДМСО, в реакции, представленной ниже: [19]
Продукт может эпимеризоваться с помощью обычного промежуточного продукта — енолята А — для превращения исходного ( S , R ) и ( R , R ) эпимеров. Продукт ( R , R ) нерастворим в растворителе реакции, тогда как ( S , R ) растворим. Осаждение продукта ( R , R эпимеризации, ) запускает равновесную реакцию в результате которой он становится основным продуктом.
Другие реакции конденсации
[ редактировать ]Существуют и другие реакции карбонильных соединений, аналогичные альдольной конденсации:
- Когда основанием является амин и активное соединение водорода достаточно активировано, реакция называется конденсацией Кнёвенагеля .
- В реакции Перкина альдегид является ароматическим , а енолят образуется из ангидрида .
- Конденсация Кляйзена-Шмидта между альдегидом или кетоном, имеющим α-водород, с ароматическим карбонильным соединением, не содержащим α-водород.
- участвуют В конденсации Кляйзена два сложноэфирных соединения.
- включает Конденсация Дикмана две сложноэфирные группы в одной молекуле и дает циклическую молекулу.
- В конденсационной реакции Джеппа-Мейтленда вода удаляется не за счет реакции элиминирования, а за счет нуклеофильного замещения.
- Аннуляция Робинсона включает α,β- ненасыщенный кетон и карбонильную группу, которые сначала вступают в реакцию Михаэля перед альдольной конденсацией. [3]
- В реакции Гербе альдегид, образующийся in situ из спирта, самоконденсируется с образованием димеризованного спирта.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кляйн, Дэвид Р. (22 декабря 2020 г.). Органическая химия (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. п. 1014. ИСБН 978-1-119-65959-4 . OCLC 1201694230 .
- ^ Смит, МБ; Марч, Дж. (2001). Продвинутая органическая химия (5-е изд.). Нью-Йорк: Wiley Interscience. стр. 1218 –1223. ISBN 0-471-58589-0 .
- ^ Jump up to: а б Кэри, Фрэнсис А.; Сундберг, Ричард Дж. (1993). Расширенная органическая химия, часть B, реакции и синтез (3-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Пленум. стр. 55 . ISBN 0-306-43440-7 .
- ^ Уэйд, LG (2005). Органическая химия (6-е изд.). Река Аппер-Седл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. стр. 1056–1066 . ISBN 0-13-236731-9 .
- ^ Марвальд, Р. (2004). Современные альдольные реакции . Том 1, 2. Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH. стр. 1218–1223. ISBN 3-527-30714-1 .
- ^ Хиткок, Швейцария (1991). Дополнения к CX π-Bonds, часть 2 . Комплексный органический синтез. Селективность, стратегия и эффективность в современной органической химии. Том. 2. Оксфорд: Пергам. стр. 133–179. ISBN 0-08-040593-2 .
- ^ Мукаяма Т. (1982). «Направленная альдольная реакция». Органические реакции . 28 : 203–331. дои : 10.1002/0471264180.или 028.03 . ISBN 0471264180 .
- ^ Патерсон, И. (1988). «Новая методология асимметричного альдола с использованием енолятов бора». Химия и промышленность . 12 . Лондон: Патерсон Групп: 390–394.
- ^ Нильсен, АТ; Хулихан., WJ (1968). «Альдольная конденсация». Органические реакции . 16 :1–438. дои : 10.1002/0471264180.или016.01 . ISBN 0471264180 .
- ^ Перрин, CL; Чанг, КЛ (2016). «Полный механизм альдольной конденсации» . Дж. Орг. Хим . 81 (13): 5631–5. дои : 10.1021/acs.joc.6b00959 . ПМИД 27281298 .
- ^ Кэри, Фрэнсис А.; Сундберг, Ричард Дж. (1993). Продвинутая органическая химия. Часть A: Структура и механизмы (3-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Пленум. стр. 458 . ISBN 0-306-43440-7 .
- ^ Саньял, С.Н. (2003). Реакции, перегруппировки и реагенты (4-е изд.). Дарьягундж, Нью-Дели: Bharati Bhavan Publishers (P&D). п. 80. ИСБН 978-81-7709-605-7 .
- ^ Поэтапное гидрирование альдоксальдегидов до спиртов. США US3118954A
- ^ Шуринк, HBJ (1925). «Пентаэритрит» . Органические синтезы . 4 : 53. дои : 10.15227/orgsyn.004.0053 ; Сборник томов , т. 1, с. 425 .
- ^ Бэй, 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 .
- ^ Этил-2-метилацетоацетат ( 2 ) добавляют к перемешиваемому раствору гидрида натрия в диоксане . камфоленовый альдегид ( 1 Затем добавляют ) и смесь кипятят с обратным холодильником в течение 15 часов. Затем 2 н. соляную кислоту добавляют и смесь экстрагируют диэтиловым эфиром . Объединенные органические слои промывают 2 н. соляной кислотой , насыщенным раствором бикарбоната натрия и рассолом . Органическую фазу сушат над безводным сульфатом натрия и растворитель выпаривают при пониженном давлении, получая остаток, который очищают вакуумной перегонкой и получают 3 (58%).
- ^ Горен, МБ; Соколоски, Е.А.; Фалес, HM (2005). «2-Метил-(1 Z ,3 E )-бутадиен-1,3,4-трикарбоновая кислота, «Изопрентрикарбоновая кислота» ». Журнал органической химии . 70 (18): 7429–7431. дои : 10.1021/jo0507892 . ПМИД 16122270 .
- ^ Варела, Дж.А.; Гонсалес-Родригес, К.; Рубин, СГ; Кастедо, Л.; Саа, К. (2006). «Ru-катализируемая циклизация терминальных алкиналов в циклоалкены». Журнал Американского химического общества . 128 (30): 9576–9577. дои : 10.1021/ja0610434 . ПМИД 16866480 .
- ^ 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. дои : 10.1055/s-2007-983746 .
Примечания
[ редактировать ]- ^ Тепло обычно добавляется вручную с помощью горячей плиты или уже присутствует за счет экзотермической каталитической реакции, например, когда - ОКН 3 используется в качестве основы.
Это запускает второй этап: удаление воды позволяет равновесию реакций постоянно поддерживать механизм дегидратации, превращая присутствующий продукт временного присоединения в конечный продукт конденсации. значительное количество нежелательного побочного продукта альдольного присоединения . В противном случае наряду с продуктом альдольной конденсации будет образовываться [1] - ^ катализатор Рутениевый ацетонитрильных [CpRu(CH 3 CN) 3 ]PF 6 имеет циклопентадиенильный лиганд , три лиганда и гексафторида фосфора противоион ; кислый протон в растворителе ( уксусной кислоте ) заменяется дейтерием для изотопной маркировки . Условия реакции: 90°С, 24 часа. 80% Химический выход . Первым шагом является образование карбенового комплекса переходного металла 2 . Уксусная кислота присоединяется к этому промежуточному соединению в результате нуклеофильного присоединения с образованием енолята 3 с последующей альдольной конденсацией до 5, на которой молекула монооксида углерода теряется до 6 . Последним этапом является восстановительное элиминирование с образованием циклоалкена.
Внешние ссылки
[ редактировать ]