Присоединение карбаниона или другого нуклеофила к карбонильному соединению или другому электрофилу с последующим отщеплением воды носит название реакции конденсации. Более общее определение гласит: реакция конденсации- это реакция, приводящая к изменению углеродного скелета и сопровождающаяся увеличением числа атомов углерода путем образования новых углерод-углеродных связей.

В еще более упрощенном виде реакции конденсации можно представить как реакции присоединения к двойной связи "углерод-кислород" (карбонильная группа):

Дальнейшее направление реакции будет зависеть от природы группы Х (соседней с карбонильной группой). Если при ее отщеплении получается относительно слабое основание (легко уходящая группа), то реакция завершается ее уходом и представляет, по сути, реакцию замещения:

Так протекают, в частности, реакции сложноэфирной конденсации. Если группа Х не способна при отрыве образовать относительно слабого основания, то она вовсе не отрывается, а реакция завершается захватом протона от молекулы воды (или другой молекулы, способной отщепить протон) и регенерацией основания:

Такое течение реакции характерно при конденсации альдегидов и кетонов (см. Альдольно-кротоновая конденсация). Частным случаем ее является реакция диспропорционирования Канниццаро (см.), когда отщепляющийся гидрид-ион переходит на соседнюю молекулу карбонильного соединения, восстанавливая ее до спирта. По такой же схеме протекает сопряженное присоединение (к системе связей -С=С-С=О) по Михаэлю. Обычно реакция присоединения в дальнейшем сопровождается отщеплением молекулы воды. Вероятно, такому исходу благоприятствует образование сопряженной ненасыщенной системы.

В общем случае участие карбанионов в реакциях конденсации можно записать в виде следующей схемы:
а) образование карбаниона:
X-CH₂-Y + B^- (или В:) = X-^-CH-Y + BH (или ВН⁺)
б) реакция карбаниона с карбонильным соединением:

Из этой общей схемы вытекают следующие важные замечания:

X-CH₂-Y + R-CO-R' ------ RR'C=CXY + H₂O

2. Для проведения конденсации можно использовать более слабое основание, чем при алкилировании или ацилировании, поскольку соединение X-CH₂-Y не обязательно должно быть полностью переведено в карбанион до введения в реакцию с карбонильным соединением.

С-Н Кислоты. (наверх)

Соединения с относительно подвижным атомом водорода при углеродном атоме носят название С-Н кислот. С-Н кислоты часто являются источниками карбанионов, используемых в реакциях конденсации. Сила таких кислот значительно варьирует в зависимости от наличия при атоме углерода электроноакцепторных замещающих групп. Наиболее сильными кислотами такого рода являются нитроалканы (рКа около 9-10), далее следуют соединения типа Y-CH₂-X, где Х и Y- электроноакцепторные группы (рКа < 13), и более слабые- с одной электроноакцепторной группой R-CH₂-X (pKa в интервале 19-27).

Таким образом, даже сравнительно сильные основания, подобные алкоголятам натрия, могут создавать лишь некоторую равновесную концентрацию карбаниона этих соединений. Чтобы полностью перевести такие соединения в карбанионы, необходимо использовать гораздо более сильные основания, например, амиды щелочных металлов. При этом в качестве растворителей нельзя использовать спирты, поскольку спирты более слабые основания, чем СН-кислоты и, следовательно, депротонируются легче последних.

Из всего сказанного выше следует, что если группы X и Y обладают -М-эффектом (электроноакцепторные), реакции конденсации альдегидов и кетонов будут протекать в присутствии относительно слабых оснований. Амины, такие, как пиперидин, способны до определенной степени депротонировать диэтилмалонат, ацетоуксусный эфир и подобные им соединения. Благодаря этому пиперидин и другие амины с успехом катализируют конденсацию с альдегидами и кетонами высокостабильных карбанионов (общеизвестные под названием реакции Кневенагеля):

Даже когда имеется альдегид типа RCH₂CHO, который теоретически может вступать в реакцию самоконденсации, амины не являются достаточно сильными основаниями, чтобы обеспечить существенную равновесную концентрацию R-^-CH-CHO , поэтому самоконденсация редко протекает в заметной степени.

Если альдегиды вступают в реакцию конденсации Кневенагеля с самыми различными источниками карбанионов (иначе называемыми активными метиленовыми соединениями), то этого не происходит с кетонами. Простые кетоны конденсируются по Кневенагелю с малонитрилом СН₂(CN)₂ и этиловым эфиром циануксусной кислоты, реже- с диэтилмалонатом или ацетоуксусным эфиром. Отличительной чертой реакции Кневенагеля является повышение выходов либо при добавлении в реакционную смесь каталитического количества органической кислоты, либо при использовании в качестве катализатора аммонийной соли (обычно ацетата) вместо свободных аминов. Точный механизм действия кислоты остается неясным. Возможно, она способствует образованию высокоэлектрофильной иминиевой соли из карбонильного соединения и амина:

Кроме того, она может ускорять дегидратацию, которая является конечной стадией реакции конденсации. (наверх)

RR'C=O + X-CH-COOH --> RR'C=CX-COOH + H₂O

Ph-CHO + CH₃CH(COOH)₂ ----------- Ph-CH(OH)-C(COOH)₂CH₃

Иногда случается, что конденсация по Кневенагелю простого альдегида, например, с диэтилмалонатом приводит не к простому продукту конденсации, а к такому, когда 1 моль альдегида взаимодействует с 2 молями малоната.
В этой реакции первой стадией является конденсация по Кневенагелю (наверх)

но в дальнейшем к продукту конденсации (a, b - ненасыщенному эфиру) сопряженно присоединяется второй моль карбаниона, образованного из малоната. Таким образом возникает енолят-ион, который при протонировании дает конечный продукт:

Подобное сопряженное присоединение стабилизированного карбаниона к a, b- ненасыщенному карбонильному и активированному (либо циано-, либо нитро-) соединению широко распространено и носит название реакции Михаэля. В данном случае нет необходимости в стехиометрическом количестве основания.

Енолизация, катализируемая кислотой. (наверх)

В конденсацию вступают енол и протонированная карбонильная группа второй молекулы соединения:

Енолизация, катализируемая основанием.

Далее карбанион присоединяется к карбонильной группе второй молекулы, причем протекает С-алкилирование, в отличие от термодинамически невыгодного О- алкилирования:

Альдольное присоединение очень напоминает реакцию образования ацеталей и, строго говоря, не является реакцией конденсации, поскольку не сопровождается выделением воды. Образующийся альдегидоспирт (альдоль) легко теряет воду в присутствии каталитических количеств оснований или кислот, а также при незначительном нагревании, с образованием альфа, бетта- ненасыщенного карбонильного соединения, этим завершается реакция конденсации (R,Х= алкил или Н):

Cвоеобразной разновидностью внутримолекулярного окисления-восстановления является Бензиловая перегруппировка:

Для успешного протекания реакции в продукте конденсации должен присутствовать, как минимум, один альфа-углеродный атом водорода. Обладая повышенной кислотностью он легко отщепляется при взаимодействии с алкоголятом с образованием енолят-аниона, смещая равновесие реакции в сторону образования продукта:

Кетонное и кислотное расщепление кетоэфиров (наверх)

Полученные в результате конденсации бетта-кетоэфиры карбоновых кислот используются в качестве полупродуктов синтеза карбоновых кислот и кетонов, достраивая требуемый углеродный скелет алкилированием или ацилированием кетоэфиров. При обработке кетоэфиров алкоголятами наблюдается реакция, обратная сложноэфирной конденсации, с образованием эфиров карбоновых кислот. Получение производных ацетоуксусного эфира:

Кислотное расщепление (получение карбоновых кислот):

Кетонное расщепление (получение метилкетонов):

На основе малонового эфира также возможно получение различных карбоновых кислот. Вначале получают производные малонового эфира алкилированием натрий-малового эфира. Этот метод имеет ограниченное применение вследствие невозможности получения продуктов моноалкилирования (за исключением введения разветвленных алкильных групп):

Карбоновые кислоты (производные уксусной кислоты) получают омылением эфира и термическим декарбоксилированием двухосновной кислоты:

При такой обработке сам малоновый эфир дает уксусную кислоту.

В синтетических целях широко применяют конденсации сложных эфиров с эфирами щавелевой и угольной кислот, термическое декарбонилирование (- СО) продуктов такой конденсации приводит к получению нового ряда соединений: (наверх)

Ацетоуксусный эфир можно использовать для получения дикарбоновых кислот и дикетонов. Пример такого синтеза приведен ниже. На первом этапе проводится обработка эфира основанием, в качестве которого чаще всего используется этилат натрия. При этом образуются натрий-ацетоуксусный эфир:

Полученное соединение путем алкилирования может быть модифицировано. Если применять короткие дигалоидные алкилы, в результате могут быть проалкилированы сразу две молекулы эфира:

Если используются достаточно длинные дигалогеналкилы, например, 1,4-дихлорбутан или 1,5-дибромпентан, то возможно алкилирование одной молекулы эфира и образование циклоалкильного производного. Подвергая полученные производные эфиров кислотному расщеплению (последовательной обработкой этилатом натрия с последующим кислотным гидролизом диэфира):

можно получить двухосновные кислоты. Если провести кетонное расщепление (вначале гидролиз, затем- термическое декарбоксилирование), получаются дикетоны:

В данном случае из ацетоуксусного эфира и 1,2-дибромэтана получен октандион-2,7.

ВЕРНУТЬСЯ НА НАЧАЛЬНУЮ СТРАНИЦУ