Разработка каталитических систем для осуществления альдольной конденсации низших альдегидов (1091786), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Продуктами реакции являютсяразличные циклоалканоны (замещенные бензилидены), которые были получены свысокими выходами. В реакциях альдольной конденсации ароматическихальдегидов, выступающих в роли доноров, наблюдаются высокие значенияконверсии.Вреакцияхциклопентанонаициклогексанонасароматическимиальдегидами наблюдаются высокие значения выходов основных продуктов.Продукты побочных реакций, наблюдаемые в аналогичных условиях [113],либо отсутствовали, либо их количество было незначительным.
Структурыпродуктов реакции были установлены с помощью ЯМР и масс-спектроскопии. Вотсутствии йода в реакции, в течение 6 часов продукты конденсации не былиобнаружены, это указывает на каталитическую роль йода. При сопоставлениикаталитической активности йода и обычных солей Льюиса, таких как ZnCl2,SnCl2, FeCl3 и AlCl3, в реакции конденсации оказалось, что каталитическаясистема на основе йода эффективнее. Значения кросс-селективности и выходосновных продуктов при катализе йодом выше, в то время как хлориды металловв равной степени, помимо кросс-конденсации, катализируют процесс гомоконденсации. Так же стоит отметить, что система на основе йода катализируетальдольную конденсацию и при комнатной температуре, что делает ее весьмаперспективной в данном процессе.1.3.4 Азотсодержащие катализаторыВ качестве азотсодержащих катализаторов в альдольной конденсациииспользуютсложныеметаллорганическиекомплексы,ионныежидкости,различные аминокраун-эфиры, цеолиты, содержащие аминогруппы, и многиедругие [114-115].41АминокислотыВ настоящее время опубликовано большое количество работ, посвященныхизучению альдольной конденсации альдегидов в присутствии аминокислот [116118].
Аминокислоты позволяют проводить конденсацию с высокими значениямивыходов и селективности в более мягких условиях по сравнению с другимикислотно-основными системами.Запрошедшеевремя,аминокислоты,восновномL-пролин,былиисследованы в качестве катализаторов формирования углерод-углеродной связи[119-120].Исследование внутримолекулярного катализа сопряженных циклическихкетонов Робинсона, опубликованного в работе [121], в дальнейшем позволилоученым открыть межмолекулярную, прямую, асимметричную альдольнуюконденсацию, где в качестве катализатора использованы аминокислоты [122].Показано,чтомеханизмальдольнойконденсации,катализируемойаминокислотой, в частности L-пролином, происходит через образование енамина(Рисунок 1.30).YYXHOROOHHNXOOYXHOYXOOONRN+OHOHRРисунок 1.30 – Схема механизма альдольной конденсации, катализируемой аминокислотой42Енамин формируется в результате взаимодействия пирролидина с донорнымкарбонилом альдегида.
Иминиевый катион, полученный присоединением второймолекулы альдегида к енамину, впоследствии подвергается гидролизу собразованием хиральной молекулы β-гидроксикетона [123].Впервые альдольная реакция в присутствии L-пролина была проведена сиспользованием ацетона и 4-нитробензальдегида (Рисунок 1.31).OHOHOOH3C30% L-пролин+H3CCH3NO2NO268%Рисунок 1.31 – Схема реакции альдольной конденсации алифатического и ароматическогоальдегидов в присутствии L-пролинаПрисутствиевкачествеакцепторанеразветвленногоальдегидаспособствовало снижению выхода продуктов кросс-конденсации и вместе с темувеличению выхода продуктов гомо-конденсации.Проведенакросс-альдольнаяконденсацияальдегидоввприсутствииаминокислоты в ДМФА, с образованием анти-изомеров продуктов конденсации свысокой энантиоселективностью [124].Ценный химический продукт, такой как 1,2-диол получен взаимодействиемгидроксиацетона и различных α-замещенных кетонов, выступающих в ролидоноров.
Во всех альдегидах, реагирующих в альдольной конденсации в качествеакцепторов, присутствует заместитель в α-положении, однако о возможностииспользования в этой реакции линейных альдегидов, не сообщается [125]. Тем неменее,отмечено,чтореакциякросс-конденсациилинейныхальдегидов,выступающих в роли акцептора, зависит от растворителя. Использование чистогоацетонаилисмесирастворителей(например,ацетон : хлороформ =1:5)существенно увеличивает время протекания кросс-конденсации альдегидов.Выход продукта дегидратации β-гидроксикетона количественно сопоставим свыходом основного продукта конденсации α, β-ненасыщенного кетона.43Изучены также α-кетоэфиры и фторацетоновые соединения в ролиакцепторов при образовании енамина [126-127]. Стоит отметить, что αразветвленныеальдегидынеобладаютдостаточновысокойдонорнойспособностью при образовании енолята, что объясняется образованием βгидроксиальдегидов с четвертичным α-атомом углерода.Реакция кросс-альдольной конденсации весьма эффективна и при катализеаминокислотой в присутствии ионной жидкости.
Присутствие в реакционнойсреде ионной жидкости увеличивает рециркуляцию катализатора. В работеКордовы сообщается о многократном использовании L-пролина, где в ролирастворителя выступает ионная жидкость ([bmim] PF6). На выход и селективностьреакции многократное использование катализатора не влияет [128]. Вода такжебыла опробована в качестве растворителя, однако значения выхода истереоселективности в таких реакциях весьма низкие [129]. С целью повышениястереоселективности и выхода продуктов конденсации при проведении реакции вводных растворах, к аминокислоте добавлена D-камфорасульфоновая кислота.ДобавлениеD-камфорасульфоновойкислотызначительноповлиялонаувеличение выхода и энантиоселективности реакции.Одно из перспективных направлений в асимметрическом органическомсинтезе двухстадийных реакций – последовательные альдольные конденсации.МакМиллан считал эту реакцию основополагающей в природе взаимодействия αзамещенных альдегидов, и в их изучении, что в дальнейшем позволит управлятьрегио- и стереоселективностью альдольной конденсации.
Установлено, чтозащищенный α-оксиальдегид принимает участие в альдольной конденсации какдонор, и как акцептор: в реакции с α-алкилальдегидом имеющим в α-положениипротон, выступает в роли донора, а не имеющим – как акцептор [130-132].МакМиллан, однако, не был первым, кто катализировал аминокислотамимногостадийныепоследовательныеальдольныеконденсации.Первымсинтезировал гексозу в последовательной двухступенчатой конденсации Кордовы[133] (Рисунок 1.32).44OH3COH+H3CL-пролинHOHH3CD-пролинHCH3CH3OOCH3HOHCH3OHOHOH3CH3COOHHCH3CH3H3COHCH3OHРисунок 1.32 – Схема реакции последовательной двухступенчатой конденсации КордовыОбщий выход основного конечного продукта – 29 % при соотношениистереоизомеров95,5:0,5.Катализмногостадийногопроцессавключалиспользование L-пролина и D-пролина.Несмотря на значительное количество опубликованных на данный моментработ, посвященных использованию в альдольной конденсации аминокислот, этаобласть катализа до недавнего времени являлась малоизученной, хотя потенциалтакого вида катализаторов ввиду их бифункциональных свойств достаточновысок.
Объяснением этому факту может служить то, что исследовательскиеработы, прежде всего, были направлены на изучение синтеза хиральныхсоединений. По этой причине каталитического действия бóльшего количествааминокислот в реакции альдольной конденсации альдегидов не изучено.Амины, соли аминов и их производныеИспользование в катализе альдольной конденсации аминов, значительнорасширяет возможности катализа органических реакций.В конце XIX и в начале XX века опубликованы первые работы, в которыхсообщалось о применении аминов в качестве катализаторов в реакцияхконденсации, в частности классической конденсации Кновенагеля и придекарбоксилировании α-кетокислот [134-138].В начале века амины в альдольной конденсации практически неиспользовались, так как основным направлением в изучении катализа данной45реакции было получение различных замещенных акролеинов под действиемкислот и щелочей.
Одной из первых работ стал опубликованный в 1950 г. патентСША, где описано получение метаакролеинов альдольной конденсацией сиспользованием аминов [139]. В качестве реагентов использованы альдегиды сСН2-группой в α-положении и формальдегид. Вторичные амины и соливторичных аминов выступали в роли катализаторов. Реакция проводилась приТ=300°C (Рисунок 1.33).OOR+HHCH2R2NHHO +RH-XH2OHРисунок 1.33 – Схема получения метакролеинов альдольной конденсациейПроцесс получения метакрелина включает в себя реакцию альдольнойконденсациипропионовогоальдегидасформальдегидомвприсутствиикатализатора (расплав солей сильной кислоты и вторичного амина) при Т=300°C.Продукт конденсации − метакрелин в виде пара отводится, конденсируется иосушается.В работе [140] описана альдольная конденсация низших альдегидов вприсутствииаминовиихсолей.Существеннымотличиемотранееопубликованных работ, является использование предактивации катализатора.Исходные альдегиды реагируют с кипящим раствором соли амина, чтоспособствует увеличению селективности процесса, однако данный метод имеетнедостаток: полученные ненасыщенные альдегиды нужно незамедлительноотводить из реакционной среды, чтобы избежать дальнейшей конденсациипродуктов (аминометилзамещенных альдегидов).Сотрудниками Хельсинского технологического университета, как одной изведущих организаций по изучению альдольной конденсации, Эркиллой А.совместно с Пихко П.
опубликовано большое количество работ посвященныхальдольной конденсации, в частности: по подбору оптимальных условий46протекания реакции и кинетике альдольной конденсации. В работе [141] описановлияние на альдольную конденсацию: катализатора, температуры и растворителя(Рисунок 1.34).OкатализаторOHCH2Cl2HРисунок 1.34 – Схема реакции альдольной конденсации пропаналяПри проведении гомо-альдольной конденсации пропионового альдегидавысокие значения конверсии наблюдаются при катализе несопряженными пяти- ишестичленными циклическими аминами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
