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

Текст из файла (страница 6)

Алкилирование дианиона ацетоуксусного эфира дигалогенидами приво­дит к образованию циклических 1,3-кетоэфиров.

В этих же реакциях можно использовать дианионы 1,3-дикетонов.

С-Алкилирование щелочных енолятов ацетоуксусного эфира легко осуществляется под действием первичных алкилбромидов и алкилиодидов. Для вторичных алкилгалогенидов замещение всегда сопровож­дается элиминированием, а третичную алкильную группу этим методом вообще не удается ввести. В подобных случаях предпочтительным ста­новится алкилирование не енолята, а самого енола под действием карбанионов или родственных им соединений. Так, например, трет-бутилацетоуксусный эфир получается при взаимодействии ацетоуксусного эфира с комплексом трет-бутилбромида с борфторидом серебра.

В качестве алкилирующего агента удобно использовать комплекс трехфтористого бора со вторичными или третичными спиртами:

17.5. Конденсации c участием енолов и енолят-ионов

17.5.1. Альдольная конденсация

Енолят-ионы подобно другим карбанионам (RCºC^-; CN^-) способны обратимо присоединяться к карбонильной группе альдегидов и кетонов. Эта реакция является общей для всех альдегидов, имеющих по крайней мере один атом водорода при углеродном атоме.

Продукт присоединения енолат-иона к альдегиду представляет собой -гидрокcиальдегид (3-гидроксиальдегид) , получивший тривиальное название альдоль (аль-альдегид, ол-спирт). Поэтому сама реакция получила название альдольной конденсации или альдольного присоединения. В классических условиях енолят-ион, принимающий участие в альдольной конденсации, генерируется из карбонильного соедине­ния при отщеплении протона с помощью гидроксид-иона в водной или водно-спиртовой среде при 0-5 °С. Так, например, пропаналь при обработке водным раствором гидроксида натрия при 0-5 °С в течение 5 часов образует 3-гидрокси-2-метилпентаналь с 55-60% выходом, а уксусный альдегид дает альдоль с 50%-ным выходом.

В более жестких условиях альдоли подвергаются дегидратации с об­разованием -ненасыщенных альдегидов, что делает весь про­цесс в целом необратимым.

Механизм альдольной конденсации, катализируемой основанием, включает три стадии:

В первой стадии образуется енолят-ион. Равновесная концен­трация енолят-иона очень мала и редко превышает 1-3%, поскольку рК_а альдегида примерно равно 17-18, а рК_а воды равно 15,7. Присоединение енолят-иона к карбонильной группе неионизированной молекулы альдегида во второй стадии определяет скорость всего процесса. Дегидратация альдоля в -ненасыщенный альдегид также катализируется основанием и протекает с промежуточным образованием енолят-иона альдоля:

Альдольная конденсация катализируется не только основанием, но также и кислотами. В кислой среде, как и следовало ожидать, определяющей скорость стадией процесса является присоединение енола к карбонильной группе:

В кислой среде практически невозможно остановить реакцию на ста­дии образования альдоля и конечным продуктом оказывается ненасыщенный альдегид - продукт его дегидратации.

Для кетонов константа равновесия образования альдоля гораздо ниже, чем для альдегидов. Для смещения равновесия в сторону аль­доля разработана специальная экспериментальная техника, которая оказалась эффективной для простейших низкокипящих кетонов - ацетона, пентанона-3 и некоторых других кетонов.

Внутримолекулярная циклизация дикетонов представляет собой важный и оригинальный метод синтеза циклических соединений .

В классических условиях альдольной конденсации в водном раст­воре гидроксида натрия из смеси двух алифатических альдегидов в общем случае получаются все четыре возможных альдоля. Для того, чтобы перекрестная альдольная конденсация была препаративно полезна, реакция должна быть строго селективной. Это возможно тогда, когда один компонент выполняет роль только нуклеофильного агента, а другой только карбонильного акцептора. Некоторые следст­вия из этого ограничения очевидны. Ароматические и гетероцикличес­кие альдегиды, так же как и формальдегид, выполняют роль карбониль­ной компоненты в перекрестной альдольной конденсации, поскольку они не содержат водорода при -углеродном атоме.

Перекрестная (смешанная) альдольная конденсация ароматических альдегидов с кетонами, приводящая к образованию ненасыщенных жирноароматических кетонов, известна под названием реакции Кляйзена -Шмидта.

Перекрестная альдольная конденсация карбонильных соединений в протонной среде (вода, спирт) катализируемая гидроксид- или алкоксид-ионом, имеет ограниченную область применения, если конечной целью является получение самого альдоля. Это опреде­ляется целым рядом причин. Константа равновесия для конденсации кетонов в воде не благоприятствует образованию альдоля. Для несим­метричных кетонов в образовании альдолей принимают участие оба изомерных енолят-иона, что приводит к образованию сложной смеси продуктов. Эта же неопределенность сохраняется и для конденсации двух различных алифатических альдегидов или для пары алифатический альдегид - алифатический или алициклический кетон. Кроме того, образование альдоля в протонной среде сопровождается дегидратацией в -ненасыщенный альдегид или кетон и скорее может рассматриваться как метод получения именно этих соединений. В последние годы разработаны эффективные методы прямой региоселективной перекрестной альдольной конденсации с использованием литиевых, борных, кремниевых и других енолятов в апротонной малополярной среде (ТГФ, ДМЭ и др.) при 0-(-78°С) в условиях строго кинетического контроля. Один из компонентов нацело превра­щается в литиевый енолят при взаимодействии с ЛДА [LiN(C₃H₇-i)₂] или LiN[Si(CH₃)₃]₂ при -78°С, т.е. в условиях, исклю­чающих изомеризацию литиевого енолята. Введение другого кетона или альдегида, выполняющего роль карбонильной компоненты, приводит к образованию исключительно смешанного альдоля, так как присоединение енолят-иона протекает быстрее, чем перенос протона между литиевым енолятом и карбонильным акцептором. Движущей силой такой "направленной" альдольной конденсации является образование шестичленного стабильного хелатного комплекса, в котором катион лития связывает енолятную и карбонильную компоненты.

Вместо литиевых енолятов в смешанной альдольной конденсации можно с успехом использовать еноляты бора - винилоксибораны.

Борные еноляты получаются при взаимодействии карбонильных соеди­нений с диалкилбортрифторметансульфонатом.

Другой метод получения винилоксиборанов - сопряженным присоеди­нением триалкилборанов к -ненасыщенным кетонам описан в гл. 16.

Превосходные результаты для получения единственного продукта при смешанной альдольной конденсации достигаются с силиловыми эфирами енолов в качестве нуклеофильного агента при катализе реакции TiCl₄ в качестве кислоты Льюиса и хелатирующего агента при -50 - (-78°С),

Современные модификации альдольной конденсации позволяют чрезвычайно широко варьировать природу обоих реагентов: и енолята, и карбонильного соединения. Помимо литиевых, борных, цинковых и кремниевых енолятов можно применять эти же производные иминов, гидразонов и оксимов, например:

Альдольная конденсация может приводить как к трео-, так и к эритро-стереоизомерам альдолей. В классических условиях в водном растворе гидроксида натрия или калия обратимая альдольная конден­сация подчиняется термодинамическому контролю, где преобладает бо­лее стабильный трео-изомер альдоля.

С другой стороны в условиях строгого кинетического контроля кон­фигурация альдоля определяется конфигурацией енолята. Z-Енолят дает эритро-изомер, тогда как Е-енолят при присоединении к карбо­нильной группе дает трео-изомер альдоля:

Кинетический контроль выполняется для альдольной конденсации с участием енолятов лития и, особенно, бора в апротонной среде при низкой температуре, для которых конфигурация енолята сохраняется в продукте конденсации с альдегидом или кетоном. Так, например, литиевый енолят этил-трет-бутилкетона Z-конфигурации при взаимодействии с бензальдегидом в ТГФ при -78° в течение всего 5-10 секунд дает альдоль исключительно эритро-конфигурации

Конденсация бензальдегида со смесью Е- и Z-изомеров Li-енолята этилмезитилкетона приводит к образованию трео- и эритро-альдолей, соотношение которых равно соотношению Е- и Z-енолятов.

17.5.2. Сложноэфирная конденсация Кляйзена и родственные реакции

Енолят-ионы сложных эфиров являются близкими аналогами енолят-ионов альдегидов и кетонов. Подобно тому, как енолят-ионы альдегидов и кетонов присоединяются по карбонильной группе карбо­нильных соединений с образованием алъдолей, енолят-ионы сложных эфиров присоединяются по карбонильной группе сложного эфира. Принципиальное различие этих двух родственных по своему механизму конденсаций заключается в том, что в сложноэфирной конденсации есть уходящая группа OR^- (OC₂H₅^-), при отщеплении которой образует­ся 1,3-кетоэфир.

Этот процесс невыгоден термодинамически, поскольку реакция эндотермична. Это неудивительно, принимая во вни­мание, что равновесие первых трех стадий смещено влево и только в заключительной стадии положение равновесия благоприятствует сложноэфирной конденсации, так как рК_а ацетоуксусного эфира (11) значительно ниже, чем рК_а этанола (15.9). Однако в первой стадии равновесие почти нацело смещено влево вследствие того, что рК_а сложного эфира (рК_а = ~25) гораздо выше, чем у этанола. Поэтому дейтероводородный обмен этилацетата с C₂H₅OD, катализируемый этилатом натрия, идет очень медленно и 50% обмена достигается только через две недели при 25 °С в 0,1М растворе.

Сложноэфирная конденсация была открыта в 1887 году Л.Кляйзеном, который при кипячении этилацетата с сухим этилатом натрия, не содержащим сольватного спирта, получил после подкисления реакционной смеси уксусной кислотой ацетоуксусный эфир с выходом 75%.

Из приведенного выше механизма сложноэфирной конденсации ясно, что сложный эфир должен содержать по крайней мере один атом водорода при углеродном атоме для того, чтобы могли реализоваться стадии (1), (2) и (3), и два атома водорода для того, чтобы реализовать стадию (4). Поэтому сложные эфиры типа R₂CHCOOCH₂CH₃ не вступают в конденсацию Кляйзена, катализируемую алгоголят-ионом, как основанием. Для такого слож­ного эфира не может реализоваться последняя стадия, поскольку конечный продукт R₂СНСОСR₂СООСН₂СН₃ не содержит "кислых" атомов водорода при -углеродном атоме и рК_а такого 1,3-кетоэфира ~20. Однако эта реакция осуществляется при помощи намного более силь­ного основания,такого, как гидрид натрия.

Характеристики

Список файлов книги