GL_17_Енолы (1125829), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Ассоциация катиона с кислородным центром енолят-ионов всегда способствует реакции по атому углерода для ионной пары по срав­нению со свободным енолят-ионом. Агрегация ионных пар в димеры, тримеры и более сложные агломераты еще более способствует С-алкилированию, С-ацилированию и другим процессам с участием углеродного центра енолята. Агломерация ионных пар, несомненно, является глав­ной причиной С-алкилирования и иногда даже С-ацилирования щелоч­ных енолятов кетонов и 1,3-дикарбонилъных соединений в петролейном эфире, ароматических углеводородах, диоксане и других неполярных растворителях.

С другой стороны, в диполярных апротонных растворителях ГМФТА, ДМСО и N-метилпирролидоне-2 реакционноспособной частицей является енолят-ион и соотношение продуктов определяется мезомерией само­го амбидентного аниона и не зависит от природы противоиона. Диполярные апротонные растворители за счет специфической сольватации катиона щелочного металла способствуют диссоциации ионных пар щелоч­ных енолятов, и тем самым способствуют реакциям с участием кислородного центра енолят-иона.

Однако влияние растворителя на двойственную реакционную способность амбидентных анионов не сводится только к специфи­ческой сольватации катиона. Другая и более интересная возможность влияния растворителя на направление реакции С- и О-алкилирования енолят-ионов 1,3-кетоэфиров и 1,3-дикетонов связана со специфической сольва­тацией собственно амбидентного аниона в протонных растворите­лях. Два реакционных центра енолят-иона резко различаются по своей электроотрицательности и распределению электронной плотности. Электронная плотность в енолят-ионе сосредоточена главным образом на более жестком и электроотрицательном атоме кислорода. Это предопределяет избирательную сольватацию енолят-иона 1,3-дикарбонильных соединений протонными растворителями за счет образования прочной водородной связи с кислородным центром амбидентного анио­на. Избирательная сольватация атома кислорода вызывает непропор­циональное уменьшение нуклеофильности двух центров мезомерного аниона, что приводит к резкому возрастанию доли продукта С-алкилирования. Таким образом, сольватационные эффекты подобно противоиону в ионной паре енолят-ионов приводят к экранированию кислорода, как атома с более высокой электронной плотностью и электроотрицательностью. Анион ацетоуксусного эфира алкилируется региоселективно по атому углерода в этаноле или в метаноле под действием жесткого алкилирующего агента диэтилсульфата, в то время как в ГМФТА в тех же условиях алкилирование идет по атому кислорода.

Это различие обусловлено селективной сольватацией атома кислорода аниона ацетоуксусного эфира этанолом с помощью водородной связи. Отсюда становится очевидным, почему в протонной среде енолят-ионы 1,3-кетоэфиров подвергаются С-алкилированию при взаимодействии с самыми разнообразными первичными и вторичными алкилгалогенидами, и количество эфира енола в этом случае не превышает 1-3%.

В отличие от енолят-ионов кетонов, 1,3-дикетонов и 1,3-кетоэфиров енолят-ионы сложных эфиров подвергаются региоспецифическому С-алкилированию и С-ацилированию независимо от природы уходящей группы, радикала и других факторов. Фактически с любым электрофильным агентом анионы сложных эфиров реагируют исключительно своим углеродным центром. В настоящее время разработаны превос­ходные общие методы моно-С-алкилирования, С-ацилирования литие­вых енолятов сложных эфиров одноосновных и двухосновных карбоновых кислот.

Характерной особенностью этих реакций является полное отсутствие продуктов С,С-диалкилирования или С,С-диацилирования. Ацилирование литиевых енолятов сложных эфиров представляет собой, по-видимому, лучший современный способ синтеза 1,3-кетоэфиров, этот способ дает наиболее простое и эффективное решение проблемы пере­крестной сложноэфирной конденсации Кляйзена (раздел 5.2 этой главы). Алкилирование литиевых енолятов сложных эфиров следует рас­сматривать как синтетический эквивалент старого классического ме­тода синтеза карбоновых кислот алкилированием натриймалонового эфира (см. следующий раздел).

Литиевые еноляты сложных эфиров чрезвычайно легко взаимо­действуют и со многими другими электрофильными реагентами. В качестве иллюстрации приведем конденсацию литиевой соли этилацетата с окисью этилена и триметилуксусным альдегидом.

Синтезы с малоновым и ацетоуксусным эфирами

Образование енолят-ионов 1,3-дикарбонильных соединений - малонового эфира, ацетоуксусного эфира и других 1,3-кетоэфиров облег­чается при наличии двух электроноакцепторных заместителей - кар­бонильной и карбалкоксильной групп. Енолят-ионы малонового и ацетоуксусного эфира обладают более высокой стабильностью по сравнению с енолят-ионами кетонов и сложных эфиров одноосновных кислот вследствие более эффективной делокализации заряда с помощью обоих акцепторных заместителей. Это отражается на низкой величине рК_а этих соединений. Щелочные соли малонового эфира и 1,3-кетоэфиров количественно получаются из исходных С-Н кислот с помощью самых разнообразных оснований: СН₃СН₂ONа; (СН₃)₃СОК; NаН, КН, ЛДА и др. в спирте или в апротонной среде и легко могут быть выделены в индивидуальном виде и храниться в течение длительного времени. Щелочные еноляты малонового эфира подвергаются региоспецифическому С-алкилированию под действием первичных и вторичных алкилгалогенидов и сульфонатов. Третичные алкилгалогениды непригодны, так как для них единственным направлением реакции становится элиминирование. Как и следует ожидать для ти­пичных S_N2-процессов, выход С-алкилпроизводных для алкилирующих агентов с первичной алкильной группой оказывается выше, чем для вторичных алкилгалогенидов. В классическом варианте синтезов с малоновым эфиром натриевый енолят малонового эфира алкилируют алкилгалогенидом в абсолютном спирте. Однако в диполярных апротонных растворителях ДМФА, ДМСО, ГМФТА, скорость реакции возрастает примерно в тысячу раз, поскольку эти растворители эффективно сольватируют щелочные катионы, но слабо сольватируют анионы. Для того, чтобы свести к минимуму долю продуктов С,С-диалкилирования, в качестве алкилирующего агента целесообразно применять алкилтозилаты и другие алкилсульфонаты вместо алкилбромидов и алкилиодидов. Производные малонового эфира гидролизуются при кипячении с концентрированной соляной кислотой при 110-120 °С с одновремен­ным декарбоксилированием промежуточно образующихся замещенных ма­лоновой кислоты. Ниже приведены некоторые наиболее типичные при­меры получения карбоновых кислот с помощью малонового эфира. Если две вводимые алкильные группы сильно различаются по объему, рекомендуется вводить первой меньшую группу - первичную.

Современная модификация этого классического синтеза заключается в том, что гидролиз диэфиров малоновых кислот осуществляется при нагревании в водном растворе ДМСО в присутствии хлористого натрия. Применение в качестве алкилирующих агентов одного моля дигалогенидов открывает путь к получению циклических соединений в резуль­тате внутримолекулярного алкилирования во второй стадии реакции. Эти реакции имеют особое значение для получения циклобутанкарбоновой и циклопропанкарбоновой кислот.

Наилучшие результаты для получения циклопропанкарбоновой кислоты достигаются при использовании межфазного катализа с переносом реагентов из водной в органическую фазу с помощью хлорида триэтилбензиламмония или N(C₄H₉)₄⁺Br^- при взаимодействии одного моля малонового эфира и одного моля 1,2-дибромэтана.

Алкилирование аниона малонового эфира эфирами -галогенуксусной кислоты приводит после кислотного гидролиза к янтарной кислоте.

Соответственно, из натриймалонового эфира и эфиров -галогенкарбоновых кислот получают и другие дикарбоновые кислоты.

Другой, более доступный метод получения дикарбоновых кислот состоит в конденсации двух молей натриймалонового эфира и одного моля дигалогеналкана. Так, из бромистого метилена и натриймалонового эфира получают глутаровую кислоту, из 1,2-дибромэтана - адипиновую, из 1,3-дибромпропана - пимелиновую и т.д. Его применение ограничено лишь доступностью необходимых -дигалогеналканов.

Зависимость С- и О-алкилирования щелочных енолятов ацетоуксусного эфира от природы уходящей группы алкилирующего агента, природы растворителя и противоиона была проанализирована в преды­дущем разделе этой главы. В практическом отношении наиболее важны реакции кислотного и основного гидролиза продуктов С-алкилирования ацетоуксусного эфира. При действии водно-спиртового или водно­го раствора HCl происходит гидролиз сложноэфирной группы с после­дующим декарбоксилированием 1,3-кетокислоты с образованием кето­нов.

К аналогичному результату приводит гидролиз производных ацетоуксусного эфира при обработке разбавленным холодным водным раствором гидроксида натрия. Обе эти реакции известны под назва­нием "кетонного расщепления" 1,3-кетоэфиров. Они применяются в ор­ганическом синтезе для получения кетонов со строго определенным положением карбонильной группы в условиях, исключающих изомериза­цию углеродного скелета.

Синтетические возможности использования ацетоуксусного эфира для получения кетонов или гомологов ацетоуксусного эфира расширились после того, как было установлено, что он легко об­разует дианион при действии таких сильных оснований как бутиллитий, бис(триметилсилил)амид лития или натрия, диизопропиламид лития, гидрид натрия. Дианион ацетоуксусного эфира алкилируется при действии одного эквивалента RX исключительно по более основ­ному и нуклеофильному -углеродному атому по отношению к сложноэфирной группе.

Другая и более интересная возможность использования этого дианиона в синтезе заключается в последовательном диалкилировании под действием различных алкилирующих агентов.

Кетонное расщепление полученного -диалкилированного производ­ного водной HCl приводит к кетонам несимметричного строения:

Характеристики

Список файлов книги