Главная --> Справочник терминов


Карбонильных соединениях В настоящее время ситуация решительным образом изменилась, и прежде всего потому, что были разработаны реагенты — суперосновании, например диизопропиламид лития (LDA), которые позволяют генерировать енолят анионы из практически любых карбонильных производных, содержащих хотя бы один атом водорода в ос-положений, с полным смещением равновесия енолизации вправо и практически полным отсутствием в системе неиоии-зованного исходного. Это позволило снять проблему само-конденсации и благодаря этому превратить полезную (и ограниченном масштабе!) реакцию, показанную выше в общем виде, в универсальный метод построения углерод-углеродной связи, в котором нуклеофильные фрагменты самой различной и сложной структуры можно вводить в однотипные реакции по общей схеме:

Первое из этих направлений нам уже хорошо знакомо. В данном случае оно приводит к образованию аллиловых спиртов — соединений, очень полезных в синтезе. Еще более интересные синтетические возможности открывает реализация второго пути — это реакция Михаэля. В классическом варианте этой реакции обычно используют присоединение стабилизированных еполятов по двойной связи а,р-ненасыщепиых карбонильных производных, например:

В классических вариантах конденсации карбонильных производных разделение ролей достигалось с помощью общего приема, а именно использованием в качестве субстратов реакции соединений, резко отличающихся по своей способности к енолизации. Действительно, по указанному признаку, т. е. по природе субстратов и соответственно области применения, более всего отличаются друг от друга названные выше именные реакции. Скажем, в реакции Перкина — конденсации ароматических альдегидов с ангидридами алифатических карбоновых кислот — «игра» построена на том, что в элект-рофильном компоненте (альдегиде) не содержится сх-водородов, что вообще лишает его способности образовывать еноляты. В то же время во второй компоненте, используемой как источник нуклеофила (енолята), такой, как, например, уксусный ангидрид, сильно понижена (в сравнении с альдегидом) реакционноспособность карбонильной функции по отношению к

Однако в настоящее время существует гораздо более общее и эффективное решения проблемы «распределения ролей» в таких реакциях. Произошло это прежде всего благодаря разработке нового поколения сильных и ненуклсо-фильных оснований, таких, например, как диизопропиламид лития (LDA), которые позволяют генерировать сноляты практически из любых карбонильных производных, содержащих хотя бы один атом водорода в а-положении, в очень мягких условиях и с полным смещением равновесия снолизации вправо.

Подобная методика открыла возможность селективного и полного превращения одной из карбонильных компонент в снолят в условиях, которые в большинстве случаев исключали возможность самоконденсации. Полученный же таким образом енолят мог далее вводиться в реакцию с добавляемым извне карбонильным соединением (или любым другим электрофилом), ено-лизация которого в этих условиях уже не могла иметь места (из-за израсходования сильного основания). Подобное разделение стадий генерации карба-ниона и его реакции с элсктрофильным партнером (см. схему 2.25) позволило в широких пределах и независимо варьировать природу обеих компонент конденсации карбонильных производных, не опасаясь того, что в какой-то момент партнеры «спутают свои роли» [4, 10].

Благодаря надежности и прекрасной отработанности методик проведения указанных превращений мы с полным правом можем рассматривать все четыре типа производных 70—73 как продукты конденсации двух карбонильных производных по типу нуклеофил + электрофил. Отсюда непосредственно следует одна из наиболее очевидных рекомендаций ретросинтетического анализа: если в целевой молекуле содержится фрагмент одного из указанных структурных типов, то следует рассмотреть варианты разборки одной или другой из двух связей между 1,3-атомами углерода, несущими кислородсодержащие заместители. Анализ этих вариантов позволит далее выйти к структурам карбонильных предшественников — кандидатов на роли электрофила и нуклеофила в альтернативных вариантах соответствующей карбонильной конденсации (сейчас все такие конденсации принято называть «алъдольными реакциями»).

Конденсация двух карбонильных производных, так же как и реакция Гриньяра, относятся к одному фундаментальному классу органических реакций (нуклсофильное присоединение), протекающих путем атаки карбаниона R" или его синтетического эквивалента по углеродному атому карбонильной группы. В альдольной конденсации или реахции Гриньяра карбонильная группа выступает в роли эквивалента карбокатиона ^ С+—ОН, и в превращениях этого типа конечным результатом является образование одинарной связи С-С фрагмента R—С(ОН). Существует еще ряд реакций, относящихся ктому же общему классу, однако в них карбонильная группа участвует как единое целое — как электрофил, эквивалентный бидентатному иону ^ С2. Одна из важнейших конденсаций этого типа (реакция Витгига) присоединение илидов фосфора 75 по карбонильной группе альдегидов или кетонов [12а,Ь]. Начальная стадия этой реакции — атака карбанионного центра илида по атому углерода карбонильной группы — приводит к биполярному иону, бетаину 76 (схема 2.28). Структура этого диполя благоприятствует возможности взаимодействия противоположных зарядов на кислороде и фосфоре и возникновению ковалентной связи между ними, что в конце концов приводит к элиминированию трифе-нилфосфиноксида с одновременным образованием двойной связи между углеродными атомами участвующих реагентов. Поскольку требуемые илиды легко могут быть получены из соответствующих алкилгалогенидов, таких, как 77, через промежуточное образование фосфониевой соли 78, то суммарный синтетический результат применения метода Виттига может быть описан как сборка двойной связи из алкилгалогенида и карбонильного соединения.

Уместно также отметить, что универсальность реакции Виттига открывает ряд совершенно новых возможностей синтетического применения карбонильных производных. Типичной иллюстрацией могут служить два приведенных ниже примера.

К настоящему времени разработано множество вариантов проведения тан-демных последовательностей превращений, аналогичных показанной на схеме 2.30, для самых разнообразных типов акцепторов Михаэля и а,р-непределъные карбонильных производных, и аннелирование по Робинсону считается сейчас одним из наиболее общих и надежных способов построения циклогексеноно-вого фрагмента почти в любом структурном контексте [ 14Ь,е]).

ванию под действием ионных енолятов как оснований. Эти осложнения полностью устраняются, если использовать показанный на схеме 2.42 вариант алкилиропания ковалентных енолятов ионными электрофилами. В реакциях этого типа получение карбонильных производных, содержащих трет-ал-кильный заместитель у а-углеродного атома, не составляет какой-либо проблемы [17е]. Совершенно новые синтетические возможности открылись при проведении конденсаций альдольного типа по схеме взаимодействия ковалентных енолятов с карбонильными производными, активированными кислотами Льюиса (см. пример на схеме 2.41). Основное преимущество этого варианта связано с тем, что он дает возможность в широких пределах контролировать стереохимию сочетания путем варьирования природы ковалент-ного енолята и/или кислоты Льюиса [17g] — возможность, практически недостижимую для классических условий проведения альдольной конденсации. Собственно, именно на основе этого подхода удалось решить неимоверно сложную задачу контроля стерического хода реакций альдольной конденсации на всех стадиях синтеза аддукта 74 (см. схему 2.27).

Обратное превращение карбонильных производных в спирты обычно йроводится с помощью комплексных гидридов металлов, таких, как LiAltLi, "NaBH4 и их многочисленные производные. Активность и селективность по-добных доноров гидрид-иона можно изменять в широких пределах благодаря возможности вариаций конкретной природы этих реагентов, что имеет огромное значение для управления селективностью реакции восстановления фб этом см. разд. 2.4,1).

в) непрямое галогенирование - замещение галогеном гидро-ксильной гругшы, кислорода в карбонильных соединениях и диазо-грушш'в ароматических соединениях.

В отличие от сопряженных диенов сопряженные а,^-ненасы-щенные карбонильные соединения имеют большие дипольные моменты, причем избыточная электронная плотность сосредоточивается на атоме кислорода. Поскольку л-электроны двойной связи С = С в а,[5-ненасыщенных карбонильных соединениях смещаются в сторону карбонильной группы, дипольный момент этих соединений больше, чем у соответствующих насыщенных карбонильных соединений:

I (.шеечно, что и сопряженных «.^-непредельных карбонильных соединениях л-электроны связи С = С смещаются в сторону обладающей — М и —/-эффектами карбонильной группы. Вследствие этого на атоме углерода в ^-положении к карбонильной группе имеется дефицит электронной плотности, и поэтому нуклеофильные реагенты, в частности реактивы Гриньяра. могут атаковать в них не только атом углерода карбонильной группы, но в р-атом углерода. Однако дефицит электронной плотности на р-атоме углерода несколько меньше, чем на атоме углерода карбонильной группы.

Непрямое галогенирование — замещение на галоген гидроксиль-ной группы, кислорода в карбонильных соединениях и диазогруппы в ароматических соединениях.

Для обнаружения карбонильных соединений весьма эффективен метод ИК-спект-роскопии. По положению полосы поглощения группы (1650—1820 см~г) можно сделать заключение о том, является соединение альдегидом или кетоном, относится к алифатическому или ароматическому ряду, сопряжена с кратной связью или изолирована карбонильная группа в непредельных карбонильных соединениях и т. п.

Для того чтобы различать переходы п -»• л* ил --*- я* в карбонильных соединениях, предложен ряд эмпирических критериев (они справедливы и для других хромофорных групп), перечисленных в табл. 27.

Атом углерода, связанный двойной связью, например, в алкенах или карбонильных соединениях, пребывает в состоянии 5/?2-гибриди-зации и характеризуется тригональной конфигурацией. В этом случае в образовании гибридных орбиталеи и далее а-связей участвуют один s- и два р-электрона. Эти связи расположены в плоскости под углом 120° (рис. 3). Негибридизованный р-электрон образует я-связь вследствие бокового (латерального) перекрывания с /7-электроном соседнего атома.

в) непрямое галогенкрованве - замещение галогеном гидро-ксильной грушш, кислорода в карбонильных соединениях и диазо-группыв ароматических соединениях.

Сопряженные альдегиды и кетоны в ближнем ультрафиолете характеризуются двумя полосами поглощения: /С и R. /^-Полоса в этих соединенийх батохромно смещена относительно ее положения в алифатических карбонильных соединениях. Сопряженные азометины, азины и азосоединения изоэлектронны 1,3-диенам и енонам, что является причиной сходства характеристик полос п-> я*-переходов всех этих хромофоров. /(-Полоса нитро-алкенов смещена в сторону больших длин волн по сравнению с положением аналогичной полосы в сопряженных карбонильных соединениях.

Сопряженные альдегиды и кетоны в ближнем ультрафиолете характеризуются двумя полосами поглощения: К и R. /^-Полоса в этих соединениях батохромно смещена относительно ее положения в алифатических карбонильных соединениях. Сопряженные азометины, азины и азосоединения изоэлектронны 1,3-Диенам и енонам, что является причиной сходства характеристик полос п—>- я*-переходов всех этих хромофоров. /С-Полоса нитро-алкенов смещена в сторону больших длин волн по сравнению с положением аналогцчной полосы в сопряженных карбонильных соединениях.

карбонильных соединениях ричные Симметрич- 1370—1300 с




Катализатора позволяет Катализатора примечание Катализатора происходит Катализатора родионова Кажущийся молекулярный Катализатора заключается Катализатором образуется Катализаторов алкилирования Катализаторов хлористый

-