Альдольная конденсация: механизм, типы и применение.
Aldol condensation
Реакция альдольной конденсации: образование углерод-углеродной связи из альдегидов/кетонов. Важна в органическом синтезе и биохимии. Подробное описание.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип химической реакции
Type of chemical reaction
Алдольная конденсация – это реакция конденсации в органической химии, в которой две карбонильные группы (альдегидов или кетонов) реагируют с образованием β-гидроксиальдегида или β-гидроксикетона (алдольной реакции), за которой следует дегидратация с образованием конъюгированного энона. Общее уравнение реакции выглядит следующим образом (где R могут быть H).
An aldol condensation is a condensation reaction in organic chemistry in which two carbonyl moieties (of aldehydes or ketones) react to form a β hydroxyaldehyde or β hydroxyketone (an aldol reaction), and this is then followed by dehydration to give a conjugated enone. The overall reaction equation is as follows (where the Rs can be H)
Алдольные конденсации важны в органическом синтезе и биохимии как способ образования углерод-углеродных связей. В типичном случае она включает нуклеофильное присоединение кетонового энолята к альдегиду с образованием β-гидроксикетона или альдоля (альдегид + спирт) – структурного фрагмента, встречающегося во многих природных молекулах и фармацевтических препаратах. Термин «альдольная конденсация» также часто используется, особенно в биохимии, для обозначения только первой стадии процесса (присоединения) – самой алдольной реакции, катализируемой альдолазами. Однако первая стадия формально является реакцией присоединения, а не реакцией конденсации, поскольку она не сопровождается отщеплением небольшой молекулы.
Aldol condensations are important in organic synthesis and biochemistry as ways to form carbon–carbon bonds. In its usual form, it involves the nucleophilic addition of a ketone enolate to an aldehyde to form a β hydroxy ketone, or aldol (aldehyde + alcohol), a structural unit found in many naturally occurring molecules and pharmaceuticals. The term aldol condensation is also commonly used, especially in biochemistry, to refer to just the first (addition) stage of the process—the aldol reaction itself—as catalyzed by aldolases. However, the first step is formally an addition reaction rather than a condensation reaction because it does not involve the loss of a small molecule.
Механизм
Первая часть этой реакции – реакция Алдоля, вторая часть – реакция дегидратации – реакция элиминирования (включает удаление молекулы воды или молекулы спирта). Дегидратация может сопровождаться декарбоксилированием при наличии активированной карбоксильной группы. Алдольный продукт присоединения может быть дегидратирован двумя механизмами: сильное основание, такое как трет-бутилат калия, гидроксид калия или гидрид натрия, депротонирует продукт с образованием енолята, который элиминируется по механизму E1cB, в то время как дегидратация в кислой среде протекает по механизму E1. В зависимости от природы желаемого продукта, альдольная конденсация может проводиться в двух основных типах условий: кинетический контроль или термодинамический контроль. Как кетоны, так и альдегиды подходят для реакций альдольной конденсации. В приведенных ниже примерах используются альдегиды.
The first part of this reaction is an Aldol reaction, the second part a dehydration—an elimination reaction (Involves removal of a water molecule or an alcohol molecule). Dehydration may be accompanied by decarboxylation when an activated carboxyl group is present. The aldol addition product can be dehydrated via two mechanisms; a strong base like potassium t butoxide, potassium hydroxide or sodium hydride deprotonates the product to an enolate, which eliminates via the E1cB mechanism, while dehydration in acid proceeds via an E1 reaction mechanism. Depending on the nature of the desired product, the aldol condensation may be carried out under two broad types of conditions: kinetic control or thermodynamic control. Both ketones and aldehydes are suitable for aldol condensation reactions. In the examples below, aldehydes are used.
Конденсация с перекрестным альдолом
Скрещенная алдольная конденсация происходит в результате взаимодействия двух различных карбонильных соединений, содержащих α-водороды, в реакции алдольной конденсации. Как правило, это приводит к образованию четырех возможных продуктов, поскольку любое из карбонильных соединений может выступать в роли нуклеофила, а также возможна самоконденсация, что дает синтетически бесполезную смесь. Однако этой проблемы можно избежать, если одно из соединений не содержит α-водородов, делая его неспособным к энолизации. В алдольной конденсации между альдегидом и кетоном, кетон выступает в качестве нуклеофила, поскольку его карбонильный углерод обладает недостаточной электрофильностью из-за +I эффекта и стерических затруднений. Обычно, продукт скрещенной конденсации является основным. Любые следы продукта самоконденсации альдегида могут быть подавлены путем предварительного приготовления смеси подходящего основания и кетона, а затем медленного добавления альдегида к этой реакционной смеси. Использование слишком концентрированного основания может привести к конкурирующей реакции Канниццаро.
A crossed aldol condensation is a result of two dissimilar carbonyl compounds containing α hydrogen(s) undergoing aldol condensation. Ordinarily, this leads to four possible products as either carbonyl compound can act as the nucleophile and self condensation is possible, which makes a synthetically useless mixture. However, this problem can be avoided if one of the compounds does not contain an α hydrogen, rendering it non enolizable. In an aldol condensation between an aldehyde and a ketone, the ketone acts as the nucleophile, as its carbonyl carbon does not possess high electrophilic character due to the +I effect and steric hindrance. Usually, the crossed product is the major one. Any traces of the self aldol product from the aldehyde may be disallowed by first preparing a mixture of a suitable base and the ketone and then adding the aldehyde slowly to the said reaction mixture. Using too concentrated base could lead to a competing Cannizzaro reaction.
Примеры
Процесс Aldox, разработанный компаниями Royal Dutch Shell и Exxon, преобразует пропен и сингаз в 2-этилгексанол посредством гидроформирования в бутиральдегид, альдольной конденсации в 2-этилгексеналь и последующей гидрогенизации. Пентаэритрит производится в промышленных масштабах, начиная с перекрестной альдольной конденсации ацетальдегида и трех эквивалентов формальдегида с образованием пентаэритрозы, которая затем подвергается восстановлению в реакции Канниццаро.
The Aldox process, developed by Royal Dutch Shell and Exxon, converts propene and syngas to 2 ethylhexanol via hydroformylation to butyraldehyde, aldol condensation to 2 ethylhexenal and finally hydrogenation. Pentaerythritol is produced on a large scale beginning with crossed aldol condensation of acetaldehyde and three equivalents of formaldehyde to give pentaerythrose, which is further reduced in a Cannizzaro reaction.