5.1.4. Реакции конденсации

В общем виде участие карбанионов в реакциях конденсации можно записать в виде следующей схемы:

Из этой общей схемы вытекают следующие важные замечания:

1. Общая стехиометрия реакции проста:

Таким образом, если даже основание связывается на стадии, определяющей скорость реакции (т. е. его концентрация определяет скорость реакции), оно не расходуется в течение реакции, а регенерируется на последующей стадии. Поэтому для проведения реакции совсем не требуются стехиометрические количества основания, достаточно каталитических.

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

3. Так как теоретически все стадии обратимы, то для более полного прохождения реакции полезно удалять воду, образующуюся на последней стадии.

4. Если система содержит более одного источника карбанионов и (или) более одной карбонильной группы, конденсация будет идти главным образом за счет атаки наиболее стабильным анионом самого электрофильного карбонильного углеродного атома.

Из всего сказанного выше следует, что если в реакции являются группами с -эффектом, реакции конденсации альдегидов и кетонов будут протекать в присутствии относительно слабых оснований. Мы уже отмечали, что 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 (такие реакции известны под общим названием конденсации Кнёвенагеля):

Во всех трех приведенных выше примерах нет никакой неясности в отношении наиболее кислого водорода, а

высокоэлектрофилъный атом углерода находится в составе альдегидной группы, поэтому выходы высоки. Даже когда имеется альдегид типа который теоретически может вступать в самоконденсацию (разд. 5.2.4.1), амины не являются достаточно сильными основаниями для того, чтобы обеспечить существенную равновесную концентрацию карбаниона поэтому самоконденсация редко протекает в заметной степени.

Если альдегиды вступают в конденсацию Кнёвенагеля с самыми различными источниками карбанионов (или, как ещеих называют, с активными метиленовыми соединениями), то это нельзя сказать о кетонах. Простые кетоны конденсируются по Кнёвенагелю с малононитрилом и этиловым эфиром цианоуксусной кислоты, реже — с диэтилмалонатом (только в присутствии тетрахлорида титана) или ацетоуксусным эфиром. Остается неясным, возникает ли такая селективность благодаря либо пониженной электрофильности или повышенным стерическим препятствиям в кетоне, либо повышенной нуклеофильности или малому объему стабилизированного цианогруппой нуклеофила, либо совокупности этих причин.

Отличительной чертой конденсации Кнёвенагеля 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 органической кислоты до сих пор остается неясным. Может быть, она способствует образованию высокоэлектрофильной иминиевой соли из карбонильного соединения и амина [реакция (5.13)]. Кроме того, она может ускорять дегидратацию, которая является конечной стадией процесса конденсации [реакция (5.13)]. Возможно, что в разных случаях кислота действует по-разному, однако ее эффективность не вызывает сомнений. Это иллюстрируют следующие примеры:

например:

Другим важным вариантом конденсации по Кнёвенагелю является тот, когда одна или обе -группы, стабилизирующие карбанион, являются карбоксильными . В этом процессе (известном под названием конденсации Дёбнера) карбанионы поставляет малоновая или циануксусная кислота, а растворителем служит пиридин или хинолин. В некоторых случаях требуется добавление малого количества более сильного основания, например пиперидина, хотя это и не всегда необходимо. В реакции (5.14) конденсация сопровождается декарбоксилированием:

например:

В ходе этих реакций получаются, как правило, (или транс-изомеры.

В конденсацию Дёбнера также могут вступать алкилмалоновые кислоты: