GL_16_Альдегиды&Кетоны (1125827), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Карбанионы производных 1,3-дитиана выполняют роль нуклеофильного агента и во многих других реакциях. Так, напри­мер, они присоединяются к карбонильной группе ароматичес­ких альдегидов с образованием -оксикетонов:

Раскрытие оксиранового кольца с помощью аниона 1,3-дитиана приводит к -гидроксикетону:

Алкилирование карбанионов 1,3-дитианов позволяет осуще­ствить превращение альдегида в кетон. Для этого альдегид пре­вращают в тиоацеталь, который металлируют н-бутиллитием и алкилируют литиевое производное 1,3-дитиана. Гидролиз тиокеталя водным раствором HgCl₂ приводит к кетону:

16.3.1.г. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ЦИАНИСТОГО ВОДОРОДА

Альдегиды и пространственно незатрудненные кетоны при­соединяют цианистый водород с образованием циангидринов:

Механизм этой реакции был установлен Лепуортом в 1904 г. Фактически это была первая органическая реакция, для которой был детально изучен механизм превращения. Лепуорт обнару­жил, что реакция обратима, а скорость ее прямо пропорциональна концентрации карбонильного соединения, цианистого водорода и основания. Цианистоводородная (синильная) кислота являет­ся слабой кислотой с pK_а 9,2. Образующийся при ее депротонировании цианид-ион присоединяется к карбонильному угле­роду с образованием анионного интермедиата, протонирование которого приводит к циангидрину:

Зависимость скорости реакции от концентрации трех ком­понентов - альдегида, синильной кислоты и основания - ука­зывает на то, что медленной, определяющей скорость всей реак­ции стадией является присоединение цианид-иона к карбониль­ной группе. В лабораторных условиях HCN получается при добавлении одного эквивалента минеральной кислоты к смеси карбонильного соединения и избытка цианида калия или натрия или при действии жидкого цианистого водорода (т.кип. = 26 °С).

Исключительно удобным методом получения циангидринов является реакция карбонильных соединений с триметилсилил-цианидом, в результате которой получается триметилсилиловые эфиры циангидринов. Эта реакция катализируется цианидом ка­лия и дает прекрасные выходы силиловых эфиров циангидринов:

Триметилсилилцианид легко получается из триметилхлорсилана и цианида калия. Снятие триметилсилильной защитной группы осуществляется с помощью фторида калия.

В органическом синтезе циангидрины широко применяются для синтеза ненасыщенных соединений, -оксикислот и -аминокислот:

Образование циангидринов является обратимой реакцией, и в присутствии сильного основания равновесие смещается в сторо­ну исходных реагентов:

Восстановление цианогруппы циангидринов с помощью алюмогидрида лития приводит к аминоспиртам:

Образование циангидринов из карбонильных соединений и синильной кислоты представляет интерес и в том отношении, что галогеноводороды не образуют стабильных аддуктов с альде­гидами и кетонами. Для них равновесие смещено в сторону ис­ходных реагентов.

16.3.1.д. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ГИДРОСУЛЬФИТА НАТРИЯ

Гидросульфит натрия присоединяется к карбонильной груп­пе с образованием -оксипроизводных сульфокислот:

Эта реакция является общей для альдегидов и метилкетонов. Высшие кетоны не присоединяют гидросульфит-ион из-за про­странственных препятствий для нуклеофильной атаки этим нуклеофилом. Присоединение гидросульфита к карбонильной груп­пе, подобно многим реакциям, обратимо, и для достижения удов­летворительного выхода продукта присоединения необходимо использовать большой избыток 40%-го водного раствора гидро­сульфита натрия:

Эта реакция часто используется для выделения альдегидов и ме­тилкетонов из реакционной смеси, так как гидросульфитные про­изводные представляют собой кристаллические вещества. Исход­ные карбонильные соединения могут быть легко регенерирова­ны при обработке гидросульфитных аддуктов кислотой или основанием - карбонатом натрия. Поэтому гидросульфитные производные нередко используют для «консервации» альдегидов, чтобы предохранить их от окисления и альдольной конденсации. Гидросульфитные производные применяют и для получения ци-ангидринов при взаимодействии их с цианидом калия:

16.3.1.е. РЕАКЦИИ С МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ. ДИАСТЕРЕОМЕРНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ СОСТОЯНИЯ В РЕАКЦИЯХ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ К КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЕ

Взаимодействие магний- и литийорганических соединений с альдегидами и кетонами рассматривается в гл.11. При присоеди­нении реактивов Гриньяра или литийорганических соединений к формальдегиду получаются первичные спирты, та же самая ре­акция с другими альдегидами и кетонами приводит к образова­нию вторичных и третичных спиртов соответственно (табл. 16.4).

Таблица 16.4

Синтез спиртов с помощью магнийорганических соединений

Получение вторичных и третичных спиртов из магнийорганических соединений и альдегидов или кетонов часто осложняется побочными процессами енолизации и восстановления карбониль­ного соединения из-за пространственных препятствий присоеди­нения по карбонильной группе (гл.19), например:

Осложнения, связанные с енолизацией и восстановлением, можно полностью устранить, если для присоединения к карбо­нильной группе использовать литийорганические соединения. В этом случае удается даже осуществить синтез третичных спир­тов, содержащих одновременно три третичные алкильные груп­пы при карбонильном атоме углерода:

Рассмотрим стереохимию присоединения металлоорганических соединений к карбонильной группе. Реакции с участием ахиральных реагентов, приводящие к продукту, содержащему один асимметрический атом углерода, всегда дают рацемическую смесь продуктов с равным содержанием двух энантиомеров. Этот вы­вод основывается на том, что переходные состояния, приводя­щие к двум энантиомерам, также должны быть энантиомерны. Энергии активации для образования обоих энантиомеров рав­ны, поскольку переходное состояние для двух энантиомеров ха­рактеризуется одной и той же энергией, т.к. энергия исходного и переходного состояний двух энантиомеров идентична. В каче­стве примера приведем присоединение реактива Гриньяра к аль­дегидам, например, этилмагнийбромида к гептаналю, приводя­щее к рацемическому нонанолу-3:

Когда один из реагентов хирален, и в реакции создается но­вый хиральный центр (новый асимметрический атом углерода), два продукта представляют собой диастереомеры. В этом слу­чае переходные состояния двух конкурирующих процессов так­же диастереомерны и, следовательно, обладают различной энер­гией. Так, например, в реакции присоединения метиллития к 2-метилциклопентанону два диастереомера получаются не в рав­ном соотношении:

Преобладающий (1R; 2S)-диастереомер получается в результате атаки нуклеофила по карбонильной группе кетона со стороны, противоположной метильной группе при соседнем атоме угле­рода. Второй (1S; 2S)-диастереомер получается, когда метиллитий присоединяется с той же стороны, где расположена метиль­ная группа при С—2. Очевидно, что это создает значительные стерические препятствия для присоединения нуклеофильного реагента, поэтому (1S; 2S)-диастереомер образуется в меньшем количестве. На рис. 16.2 приведены энергетические профили образования двух диастереомеров в результате нуклеофильного при­соединения СН₃Li к хиральному альдегиду. Исходное состояние для двух конкурирующих реакций характеризуется одинаковой энергией для (R)- и (S)-энантиомеров альдегидов, тогда как пере­ходные состояния диастереомерны и обладают поэтому различ­ной энергией а, следовательно, различны по энергии. Это озна­чает, что энергия активации для двух конкурирующих реакций также различна и два диастереомера - (1R; 1S) и (1S; 2S) - об­разуются в неравном количестве. В продуктах реакции преобла­дающим будет диастереомер, получающийся в результате атаки нуклеофильного агента с пространственно менее затрудненной стороны. Те же самые рассуждения справедливы и для любой другой реакции нуклеофильного присоединения к хиральному альдегиду или кетону (гл.8).

Рис. 16.2. Энергетическая диаграмма для образования двух диастереомеров при присоединении метиллития к хиральному альдегиду

16.3.1.ж. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ АМИНОВ. ПОЛУЧЕНИЕ ИМИНОВ И ЕНАМИНОВ

Классическим примером нуклеофильного присоединения по карбонильной группе являются реакции альдегидов и кетонов с первичными и вторичными аминами. Конечными продуктами реакции в случае первичных аминов являются имины (основа­ния Шиффа), а для вторичных аминов - енамины (енамин - ненасыщенный амин). Если исходить только из строения про­дуктов, это совершенно разные реакции, поскольку в иминах двойная связь связывает азот и углерод, а в енаминах два атома углерода:

На самом деле обе реакции по существу совершенно анало­гичны, так как механизм процесса в обоих случаях один и тот же. Имины и енамины образуются в результате обратимого кислотно-катализируемого процесса нуклеофильного присоединения по карбонильной группе. В первой стадии реакции присоедине­ния первичного амина образуется диполярный тетраэдрический интермедиат, который стабилизируется в результате переноса протона от азота к кислороду с образованием нейтрального полу-аминаля (карбиноламина). Карбиноламин далее протонируется по атому кислорода. Отщепление воды от протонированной фор­мы приводит к иминиевому катиону, который стабилизируется в результате отщепления протона в конечный продукт - альдимин или кетимин:

В качестве примеров приведем получение иминов уксусного альдегида и ацетона соответственно с бутиламином и циклогексиламином:

Некоторые производные 1,2-диаминоэтана являются качест­венными реагентами на альдегиды. N,N’-дифенил-1,2-диаминоэтан при взаимодействии с альдегидами образует имидазолины - циклические аминали, которые могут быть использованы для идентификации альдегидов:

Енамины получаются подобным же образом из вторичных аминов. Единственное различие заключается в том, что иминиевая соль в этом случае не может стабилизироваться отщеплени­ем протона от атома азота. Вместо этого протон отщепляется от соседнего атома углерода с образованием нейтрального соедине­ния - енамина:

Характеристики

Список файлов книги