15 Реакции карбонильных соединений с криптооснованиями Примеры реакций

15. Реакции карбонильных соединений с криптооснованиями. Примеры реакций.
Ответ.
Кроме нуклеофильных реагентов, с карбонильной группой могут взаимодействовать и другие вещества, способные к переносу водородных атомов или алкильных остатков с их электронными парами (в виде «анионов»). Эти анионы были бы очень сильными основаниями, но в процессе реакции они не реализуются как таковые, поскольку в общем невозможно осуществить ионизацию молекулы с образованием свободных гидридных или алкильных анионов.
В подобных ионах отрицательный заряд не может быть внутренне стабилизован. Связь М—Н (соответственно М—R) может расщепляться лишь при одновременно протекающей реакции с карбонильной группой, причем переходное состояние напоминает переходное состояние при SN2-реакциях:

Соединения, реагирующие подобным образом, называют криптоснованиями.
Криптооснования (или скрытые основания) проявляют основные свойства лишь в ходе реакции и способны отдавать пару электронов с протоном или группой атомов в виде гидрид-аниона (H–), карбаниона (R–), алкоксианиона (RO–). К этому ряду соединений относятся гидриды металлов (LiH, LiAIH4 и др.), алкоголяты металлов (MtOR, А1(OR)3, ),
магнийорганические (RMgHal) и другие элементоорганические соединения.
Анионы H–, R–, как кинетически самостоятельные частицы, в растворе не существуют и передаются от реагента к субстрату в хелатных (циклических) комплексах.
Важнейшие реакции карбонильных соединений с криптооснованиями.
1. Восстановление по Меервейну— Поиидорфу; окисление по Оппенауэру.

Альдегиды и кетоны можно с помощью алкоголятов магния или алюминия восстановить до спиртов, причем взятый алкоголят окисляется до соответствующего карбонильного соединения.
Реакцию можно провести также, если действовать свободным спиртом в присутствии каталитических количеств алкоголята, поскольку последний находится в равновесии со спиртом.
Основное значение реакции состоит в том, что при восстановлении остаются незатронутыми двойные углерод-углеродные связи (в том числе и сопряженные с карбонильной группой), а также нитрогруппа и атомы галогенов.

2. Реакция Кляйзена-Тищенко.

Енолизующиеся алифатические альдегиды тоже могут реагировать по типу реакции Канниццаро, если в качестве катализатора используются алкоголяты алюминия (реакция Кляйзена-Тищенко) — вещества слишком слабоосновные для того, чтобы служить катализаторами альдольной реакции. При этом надо работать в отсутствие воды и спирта. Продуктом реакции является сложный эфир, образующийся из двух молекул альдегида.
3. Реакция Канниццаро.

Ароматические и неенолизующиеся алифатические альдегиды под действием основных катализаторов (гидроокисей щелочных и щелочноземельных металлов) диспропорционируют с образованием карбоновых кислот и спиртов (реакция Канниццаро).
Альдегиды, содержащие в α-положении подвижные атомы водорода, подвергаются в щелочной среде альдольной конденсации.
4. Реакция Лейкарта-Валлаха.

Реакцией Лейкарта-Валлаха называют восстановительное алкилирование аминов альдегидами или кетонами в присутствии муравьиной кислоты в качестве восстановителя.
Лучше всего по Лейкарту-Валлаху получаются третичные амины. При получении первичных или вторичных аминов в качестве побочных продуктов всегда образуются более высокоалкилированные амины.
5. Реакция Гриньяра.

Магнийорганические соединения восстанавливают альдегиды и кетоны до спиртов.

6. Восстановление комплексными гидридами.

Общий принцип действия восстановителей типа LiAlH4, заключается в том, что координационно ненасыщенный металл, в данном случае алюминий, связывается с основным атомом кислорода карбонильной группы, что приводит к ее активации и перемещению к атому углерода гидрид-аниона:

При использовании алюмогидрида лития необходимо работать в безводной среде. Следовательно, этот реактив непригоден для восстановления соединений, не растворяющихся в индифферентных органических растворителях, например, сахаров. В этих случаях прекрасно действует борогидрид натрия, поскольку он разлагается водой лишь медленно.
Восстановление комплексными гидридами имеет некоторые важные преимущества по сравнению с другими методами: оно протекает, как правило, в очень мягких условиях и с высокими выходами. Поэтому этот метод особенно удобен при работе с малыми количествами ценных веществ. Кроме того, гладко восстанавливаются и малоактивные производные кислот (амиды, сложные эфиры, сами кислоты).

16. Аномальные реакции карбонильных соединений с реактивами Гриньяра.
Ответ.
Магнийорганические соединения обычно восстанавливают альдегиды и кетоны до спиртов. Однако, возможно аномальные течения реакции.
В алкилмагнийгалогениде центральный атом — Mg — несет дробный положительный заряд, а алкильный заместитель — отрицательный. В реакции с карбонильными соединениями RMgHal способен передавать карбанион (R–) атому углерода карбонильной группы (а).
Если объем R большой и нуклеофильная атака R– затруднена, он передает карбонильной группе гидрид-аннон (из β-положения) (б). В результате происходит восстановление карбонильной группы, а магнийорганичеекое соединение превращается в олефин (гриньяровское восстановление). Если же реакции пространственно затрудненных соединений Гриньяра проводить в присутствии бромида магния, то последний благодаря своему малому объему без труда может образовать циклический переходный комплекс, что сильно подавляет восстановительный процесс по схеме (б).
При отсутствии атомов водорода в β -положении R– вырывает протон из молекулы карбонильного соединения (из α-положения), вызывая его енолизацию (в). Магниевые еноляты карбонильного соединения можно использовать в качестве сильноосновных конденсирующих средств при сложноэфирных конденсациях.

Часто реакция протекает по всем трем конкурирующим направлениям.
Так, например, бензилгалогениды и метилмагнийиодид дают, помимо этилбензола, также этан и дибензил. Аналогично реакционноспособные кетоны иногда дают бензильные производные.
Аномальные реакции альдегидов.
Отщепление воды от полученного спирта и образование ненасыщенных соединений (б). С этим процессом приходится особенно считаться при применении ароматических альдегидов. Большая склонность к дегидратации наблюдается особенно у вторичных карбинолов, полученных из диметиламинобензальдегида и еще больше — из п-диметиламинокоричного альдегида. При употреблении последнего вместо карбинола всегда образуется соответствующее непредельное соединение (CH3)2NC6H4CH=СНСН=CHR, если только не применяют в качестве гриньярова реактива галоидный фенилмагний (отщепление воды тогда невозможно вследствие самого строения полученного соединения).
Восстановительное действие магнийорганических соединении наблюдалось впервые Гриньяром, а также Коноваловым, показавшим, что продуктом реакции между йодистым этилмагнием и энантолом (гептаналь) оказался первичный гептиловый спирт. Позднее эти аномальные реакции широко изучались многими исследователями.
Действие избыточного альдегида на эфирный раствор реактива Гриньяра резко изменяет нормальное течение реакции. Так, по наблюдению Маршалла, среди продуктов реакции бензальдегида (2 моля) с бромистым фенилмагнием (1 моль) получаются в этом случае бензофенон и бензиновый спирт, причем, видимо, бензальдегид, сам восстанавливаясь в бензиновый спирт, окисляет броммагнийалкоголят бензгидрола в бензофенон. Таким же образом из йодистого метилмагния (1 моль) и бензальдегида (2 моля) получаются ацетофенон и бензиловый спирт; ацетофенон конденсируется в реакционной смеси с бензальдегидом в бензальацетофенон. Подобным образом ведут себя и алифатические альдегиды; так, избыточный ацетальдегид дает с бромистым фенилмагнием ацетофенон и бензоилацетон. Из йодистого пропилмагния и бензальдегида получают соответственно дибензо- илпропан.
Мейзенгеймер на примере реакции бромистого этилмагния с избытком бензальдегида показал, что реакции этого типа являются примером окислительно-восстановительных реакций Меервейна — Пондорфа. Роль алкоголята алюминия выполняет в данном случае галоидмагнийалкоголят:

Бредшер, использовав окислительную способность избыточного альдегида, получил реакцией двух молей бензальдегида с йодистым о-би- фенилилмагнием о-фенилбензофенон:

Особенного внимания заслуживает это действие избыточного альдегида в тех случаях, где при образовании магнийорганического соединения реакция 2RX + Mg = RR + MgX2 играет не вполне второстепенную роль.
Так, например, при синтезе дибензилкарбинола из бензальдегида и хлористого бензилмагния следует применять не вычисленное количество бензальдегида, но значительно меньшее, потому что побочная реакция, идущая при образовании хлористого бензилмагния (образование дибензила), поглощает значительное количество хлористого бензила.
Зигель и сотр. из продуктов реакции бензальдегида с хлористым бензилмагнием выделили, кроме бензилфенилкарбинола, также аномальный продукт — 1,3-дифенилизохроман.

При избытке альдегида и нагревании в течение нескольких часов получен также фенилбензоилметан.

Амлен при действии избыточного пропионового альдегида на бромистый этилмагний выделил С2Н6СН2ОН, (C2H6)2CHOH и (С2Н5)3СОН. Предложен механизм реакции:
1)присоединение C2H5MgBr к альдегиду с образованием алкоголята (C2H5)2CHOMgCl;
2)восстановление алкоголятом второй молекулы альдегида с образованием кетона (C2H5)2СО;
3)действие C2H5MgBr на кетон с образованием третичного спирта.
При реакции хлораля с бромистым этилмагнием выделены только первичный и вторичный спирты — СС13СН2ОН и CС13CHOHC2H5. Образующийся третичный спирт (С2Н5)2С(ОН)СС13 весьма неустойчив и разлагается.
Побочным процессом при взаимодействии с магнийорганическими соединениями является реакция конденсации, которая чаще наблюдается при взаимодействии с кетонами, но иногда имеет место и при действии альдегидов.
Чичибабин объяснил образование п-бензоилтрифенилметана при действии на бензальдегид хлористого трифенилметилмагния реакцией конденсации и последующим окислением продукта реакции на воздухе:

Кирсанов изучил взаимодействие бензальдегида с бромистым циклогексилмагнием и хлористым диклопентилмагнием. В первом случае за счет восстановительной реакции получалось до 18% бензилового спирта, во втором случае наблюдался сложный случай аномалии, и в числе продуктов реакции был идентифицирован 1,3-дибензилиденциклопентанон. Как показало изучение механизма этой реакции, она проходила за счет окисления магнийорганического соединения кислородом воздуха до хлор- магнийалкоголята циклопентанола. В дальнейшем этот алкоголят окислялся до кетона в результате восстановления бензальдегида до спирта и, наконец, происходила конденсация кетона и альдегида с образованием 1,3- дибензилиденциклопентанона. Конденсирующее влияние галоидмагний- алкоголята было подтверждено опытом, в котором циклопентанон взаимодействовал с бензальдегидом в присутствии иодмагнийалкоголята цикло- гексанола или бензилового спирта. В этом случае выход дибензилиденцик- лопентанона удалось довести до 56%.
Образование фенилстирилкетона, наряду с другими продуктами, при действии избытка бензальдегида на йодистый метилмагний является результатом реакции конденсации:

Образование α, β-димезитоилэтиленгликоля из мезитилглиоксаля и бромистого мезитилмагния объясняется окислительно-восстановительной реакцией по Меервейну наряду с конденсацией:

и может быть представлено следующими стадиями (С9Н11— везде мезитил):

При взаимодействии йодистого метилмагния с тозилатом п-оксибензальдегида p-CH3C6H4SO2OC6H4CHO вместо п- CH3C6H4SO2OC6H4CH=СН2, который должен был образоваться за счет дегидратации карбинола, фактически выделен п- CH3C6H4SO2OC6H4С(СН3)=СН2. Последний продукт образуется в результате реакции Тищенко в присутствии небольшого количества реактива Гриньяра и избытка альдегида. В начале получается CH3C6H4SO2OC6H4СOOCH2C6H4OO2S-п-C6H4CH3; который с 2 молями йодистого метилмагния дает p-CH3C6H4SO2OC6H4CH2OH и CH3C6H4SO2OC6H4СOH(СН3)2, последний дегидратируется в олефин либо во время разложения магнийорганического соединения, либо во время перегонки.
Аномальные реакции кетонов.
Главными побочными реакциями при взаимодействии реактивов Гриньяра с кетонами являются:
1)восстановительное действие магнийорганического соединения, приводящее к образованию вторичного спирта:

Наряду с образованием продукта восстановления — спирта, из ароматических кетонов получаются обычно небольшие количества пинаконов; при действии галоидного трифенилметилмагния эта реакция становится доминирующей (80—98%).
Восстановление кетона может стать главной реакцией. Так, бромистый изопропилмагний с ацетоном дает третичный спирт, а с диизопропилкетоном — только вторичный. Так же ведет себя бромистый третичнобутилмагний. С триметилацетофеноном йодистый этилмагний дает третичный спирт, а йодистый изопропилмагний — только вторичный спирт.
Восстановительные свойства α-С10H7CH2MgCl проявляются в реакциях с ацетофеноном, бензофеноном и фенил-α-нафтилкетоном; вместо третичных спиртов получены ди-α-нафтилэтан с выходом 33—36% и α-метилнафталин с выходом 6—20%.
Особенно часто восстановление наблюдается при применении магнийорганических соединений, полученных из пропил-, изопропил- бутил-, вторично- и изобутил галогенидов и циклопентилгалогенидов. Но и йодистый этилмагний, реже йодистый метилмагний, также могут действовать восстанавливающим образом.
2) отщепление воды от полученного третичного спирта, которое ведет к образованию ненасыщенного соединения:

Дегидратация, приводящая к отщеплению воды от образовавшегося третичного спирта и к получению олефина, облегчается повышением температуры. Эту побочную реакцию можно сделать главной. При действии на карбонильное соединение двух молей RMgX магниевое производное, по-видимому, каталитически ускоряет реакцию отщепления. Во многих случаях не удается выделить третичный спирт, а сразу образуется олефин. Так, тетраэтилдиаминобензофенон дает с йодистым этилмагнием и йодистым изоамилмагнием только ненасыщенные соединения; действием хлористого пропилмагния на бензофенон получают дифенилбутен (С6Н5)2С=СНС2Н5 наряду со значительным количеством тетрафенилэтана. При добавлении порошкообразного бензофенона к охлажденному йодистому этилмагнию и последующем их нагревании образуете 1,1-дифенилпропен-1.
Очень легкое отщепление воды наблюдается при реакции с RMgX таких циклических кетонов, в состав которых входит также ароматический цикл, например, инданонов, тетралонов и особенно антронов.
3) енолизация кетона и разложение им реактива Гриньяра с выделением углеводорода:

4) связанная с енолизацией конденсация кетонов по альдольному или, обычно, кротоновому типу:

В этом случае кетон реагирует с реактивом Гриньяра, особенно чувствительным к подвижному водороду, т. е. содержащим вторичный или третичный радикал, в своей енольной форме в смысле реакции Церевитинова — Чугаева, давая енолят.
После гидролиза свободный енол обычно переходит в более стабильную кетонную форму (исходный продукт). Таким образом, в процессе реакции магнийорганическое соединение расходуется на образование углеводорода, но возникновения новой углерод-углеродной связи не происходит.
Так, все алкилмезитил кетоны реагируют с бромистым этилмагнием по схеме:

Данный енолят ведет себя как гриньяровский реагент.
Конденсация. Следствием енолизацни во многих случаях является новый ряд побочных реакций, происходящих с кетонами, имеющими в α-по- ложении водородные атомы, особенно при их реакциях с реактивами Гри- ньяра, содержащими вторичные и третичные радикалы. В этом случае происходит конденсация двух молекул кетона по кротоновому или альдольному типу.
Эта побочная реакция была отмечена еще Гриньяром в начале его исследований на примере образования окиси мезитила и форона при действии бромистого изоамилмагния на ацетон. Подобное же уплотнение констатировано при действии бромистого изопропилмагния на метилэтилкегон, а также при действии на ацетон бромистого о-ксилилмагния.

17. Свойства 1,3-дикарбонильных соединений. Взаимодействие с нуклеофильными и электрофильными реагентами.
Ответ.
Ацетоуксусный эфир и другие 1,3-дикарбонильные соединения представляет собой равновесную смесь кетонной и енольной форм:

Положение равновесия таутомеров зависит от строения 1,3-дикарбонильного соединения.

То есть 1,3-дикарбонильные соединения обладают высокоподвижным (CH-кислотным) атомом водорода при центральном углероде (между карбонильными группами).
Следствием кислотности 1,3-дикетонов является образование ими солей при взаимодействии с активными металлами или сильными основаниями.

Взаимные переходы кетонной и енольной форм осуществляются для ацетоуксусного, а также иных эфиров β-кетонокислот и β-дикетонов достаточно легко.
Енольная и кето-формы, а также енолят-анион являются ключевыми частицами, ответственными за реакции этих соединений.
Взаимодествие с нуклеофильными реагентами.
Енольная или дикарбонильная форма 1,3-дикетонов могут быть объектами нуклеофильной атаки, причем атакуемым реакционным центром в этих реакциях выступает карбонильный углерод. Если в реакциях участвуют слабые нуклеофилы (вода, спирты, тиолы), то для успешной реализации реакции используют кислотный катализ.
Примером нуклеофильной атаки является взаимодействие с аммиаком и аминами. Считается, что активной формой, реагирующей с RNH2, является дикарбонильная форма.

Результатом этих реакций является образование енаминов, стабилизированных за счет образования прочной внутримолекулярной водородной связи.
В случае реакции с гидроксиламином и гидразинами образуются гетероциклические соединения.
Примером другой реакции нуклеофильного замещения является щелочной гидролиз 1,3–дикетонов.

Реакция может быть представлена механизмами.
Например, образование циангидрина можно представить себе или как обычную реакцию нуклеофильного присоединения к карбонильной группе или как присоединение нуклеофила к α,β-непредельному карбонильному соединению.

Наиболее характерные для ацетоуксусного эфира реакции:

Взаимодествие с электрофильными реагентами.
Анион, ионная пара соли или енольная форма восприимчивы к действию электрофильных агентов. Примером могут быть реакции алкилирования или ацилирования. Как енол, так и анион являются амбидентными частицами. Местом электрофильной атаки в них могут быть кислородные атомы или углеродный атом между карбонильными группами (активная метиленовая группа).

В общем случае получается смесь продуктов С- и О-алкилирования или ацилирования. В случае 1,3-дикарбонильных соединений, образующих цис-енольную форму, преимущественно образуются С-производные, так как атомы кислорода значительно блокированны ионом металла. Если обьектом электрофильного замещения являются транс-фиксированные 1,3–дикетоны, то преимущественно могут получаться продукты О-замещения.
Взаимодействие с другими электрофильными реагентами (нитрование, сульфирование, галогенирование, нитрозирование, азосочетание) может быть изображено общей схемой.

где Е – NO, NO2, ArN2, SO3H, Cl, Br, I.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

5 + 9 =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector