Альдольные реакции

Альдольные реакции
Реакция
	Кетон или альдегид
	+ ; Кетон или альдегид
	↓
	Альдоль ; или ; α,β-Ненасыщенное карбонильное соединение
Условия
Температура	Переменная
Катализатор	- ОН или Ч +

В органической химии альдольные реакции представляют собой реакции альдегидов или кетонов, катализируемые кислотами или основаниями.

Альдольное присоединение или альдолизация относится к присоединению енолята или енолята в качестве нуклеофила к карбонильному фрагменту в качестве электрофила. При этом образуется β-гидроксиальдегид или β-гидроксикетон. При альдольной конденсации вода впоследствии отщепляется и образуется α,β-ненасыщенный карбонил. Альдольное расщепление или ретро-альдольная реакция представляет собой обратную реакцию с образованием исходных соединений.

Название альдегид - «реакция спирт» происходит от продукта реакции в случае реакции между альдегидами — β-гидроксиальдегида .

Альдольные реакции являются важными реакциями образования углерод-углеродных связей и фундаментальным принципом реакции в органической химии.

Механизмы

Альдольные реакции могут протекать по двум различным механизмам. Карбонильные соединения, такие как альдегиды и кетоны, можно превращать в енолы или простые эфиры енолов. Эти виды, будучи нуклеофильными по α-углероду , могут атаковать особенно реакционноспособные протонированные карбонилы, такие как протонированные альдегиды. Это «еноловый механизм». Карбонильные соединения, являющиеся углеродными кислотами , также могут депротонироваться с образованием енолятов, которые гораздо более нуклеофильны, чем енолы или простые эфиры енолов, и могут напрямую атаковать электрофилы. Обычным электрофилом является альдегид, поскольку кетоны гораздо менее реакционноспособны. Это «енолятный механизм».

Несмотря на привлекательность альдольного коллектора, существует несколько проблем, которые необходимо решить, чтобы сделать процесс каталитическим и эффективным. Первая проблема носит термодинамический характер: большинство альдольных реакций обратимы. Кроме того, в случае простых альдегид-кетон-альдольных реакций равновесие также едва ли находится на стороне продуктов. ^[2] Если условия особенно суровые (например: NaOMe/MeOH/ рециркуляция ), может возникнуть конденсация. Однако если желательно присоединение альдола , этого обычно можно избежать с помощью мягких реагентов и низких температур (например, LDA (сильное основание), ТГФ, -78 °C). Хотя присоединение альдолов обычно происходит почти до завершения в необратимых условиях, изолированные альдольные аддукты чувствительны к индуцированному основанием расщеплению ретро-альдолов с возвратом исходных материалов. Напротив, ретро-альдольные конденсации редки, но возможны. ^[3] На этом основана каталитическая стратегия альдолаз I класса в природе, а также многочисленных низкомолекулярных аминных катализаторов. ^[4]

Енолятный механизм

Если катализатором является умеренное основание, такое как гидроксид -ион или алкоксид , альдольная реакция происходит в результате нуклеофильной атаки резонансно -стабилизированного енолята на карбонильную группу другой молекулы. Продукт представляет собой алкоксидную соль альдольного продукта. альдоль, сам продукт присоединения альдола Затем образуется .

После чего он может подвергнуться дегидратации с образованием ненасыщенного карбонильного соединения — продукта альдольной конденсации . На схеме показан простой механизм катализируемой основаниями альдольной реакции альдегида с самим собой.

Альдольная реакция, катализируемая основаниями

Дегидратация, катализируемая основаниями

Хотя в некоторых случаях требуется только каталитическое количество основания, более обычной процедурой является использование стехиометрического количества сильного основания, такого как LDA или NaHMDS . В этом случае образование енолята является необратимым, и альдольный продукт не образуется до тех пор, пока алкоксид металла альдольного продукта не будет протонирован на отдельной стадии обработки.

Эноловый механизм

При использовании кислотного катализатора начальная стадия механизма реакции включает катализируемую кислотой таутомеризацию карбонильного соединения в енол. Кислота также служит для активации карбонильной группы другой молекулы путем протонирования, что делает ее очень электрофильной. Енол является нуклеофильным по отношению к α-углероду, что позволяет ему атаковать протонированное карбонильное соединение, что приводит к образованию альдола после депротонирования .

Затем при правильных условиях он может дегидратироваться с образованием ненасыщенного карбонильного соединения, продукта альдольной конденсации .

Кислотно-катализируемое альдольное присоединение
Mechanism for acid-catalyzed aldol reaction of an aldehyde with itself
Кислотно-катализируемая альдольная дегидратация

Внутримолекулярная реакция

Внутримолекулярная альдольная конденсация происходит между двумя альдегидными или кетоновыми группами в одной молекуле. пяти- или шестичленные $α$ , $β$ В качестве продуктов образуются -ненасыщенные кетоны или альдегиды. Эта реакция является важным подходом к образованию углерод-углеродных связей в органических молекулах, содержащих кольцевые системы. Например, в сильноосновных условиях (например, гидроксид натрия ) гексан-2,5-дион (соединение А на рисунке 1) может циклизироваться посредством внутримолекулярной альдольной реакции с образованием 3-метилциклопент-2-ен-1-она (соединение Б).

Механизм внутримолекулярной альдольной реакции включает образование ключевого енолятного промежуточного продукта с последующим процессом внутримолекулярного нуклеофильного присоединения .

Во-первых, гидроксид отщепляет α-водород на концевом углероде с образованием енолята. Затем нуклеофильная атака енолята на другую кетогруппу образует новую углерод-углеродную связь (красный) между атомами углерода 2 и 6. Это образует продукт присоединения альдола.

Затем, обычно в условиях нагревания, отщепление молекулы воды приводит к образованию циклизованного α,β-ненасыщенного кетона — продукта альдольной конденсации.

Внутримолекулярные альдольные реакции широко используются при полном синтезе различных природных продуктов, особенно алкалоидов и стероидов . Примером может служить применение внутримолекулярной альдольной реакции на стадии замыкания кольца для полного синтеза (+)- вортманнина Shigehisa et al. ^[5] (рис. 2).

Ссылки

^ 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 .
^ Моландер, Джорджия, изд. (2011). Стереоселективный синтез 2: Стереоселективные реакции карбонильных и иминогрупп (1-е изд.). Штутгарт: Георг Тиме Верлаг. дои : 10.1055/sos-sd-202-00331 . ISBN 978-3-13-154121-5 .
^ Гатри, JP; Купер, К.Дж.; Коссар, Дж.; Доусон, бакалавр; Тейлор, К.Ф. (1984). «Ретроальдольная реакция коричного альдегида» . Может. Дж. Хим. 62 (8): 1441–1445. дои : 10.1139/v84-243 .
^ Моландер, изд. (2011). Стереоселективный синтез 2: Стереоселективные реакции карбонильных и иминогрупп (1-е изд.). Штутгарт: Георг Тиме Верлаг. дои : 10.1055/sos-sd-202-00331 . ISBN 978-3-13-154121-5 .
^ Шигехиса, Х.; Мизутани, Т.; Тосаки, Ю.Ю.; Осима, Т.; Шибасаки, М., Тетраэдр 2005, 61, 5057–5065.

[1] 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 .

[2] Моландер, Джорджия, изд. (2011). Стереоселективный синтез 2: Стереоселективные реакции карбонильных и иминогрупп (1-е изд.). Штутгарт: Георг Тиме Верлаг. дои : 10.1055/sos-sd-202-00331 . ISBN 978-3-13-154121-5 .

[Guthrie19842-3] Гатри, JP; Купер, К.Дж.; Коссар, Дж.; Доусон, бакалавр; Тейлор, К.Ф. (1984). «Ретроальдольная реакция коричного альдегида» . Может. Дж. Хим. 62 (8): 1441–1445. дои : 10.1139/v84-243 .

[4] Моландер, изд. (2011). Стереоселективный синтез 2: Стереоселективные реакции карбонильных и иминогрупп (1-е изд.). Штутгарт: Георг Тиме Верлаг. дои : 10.1055/sos-sd-202-00331 . ISBN 978-3-13-154121-5 .

[5] Шигехиса, Х.; Мизутани, Т.; Тосаки, Ю.Ю.; Осима, Т.; Шибасаки, М., Тетраэдр 2005, 61, 5057–5065.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]