VII.2.2. Реакции при атоме углерода, соседнем с карбонильной группой

Некоторые реакции, затрагивающие -положение к карбонильной группе, уже рассматривались выше (реакции альдольно-кротоновой конденсации, реакция Манниха и др.); соединения, реагирующие по этому положению, в данных случаях рассматривались как нуклеофильные реагенты в реакциях нуклеофильного присоединения по карбонильной группе их реакционных партнеров. Ниже будут рассмотрены реакции по -положению, за которыми не следует присоединения продукта по карбонильной группе другой молекулы.

Все эти реакции, как и уже рассмотренные, используют повышенную СН-кислотность связей С-Н в положении и способность к енолизации; поэтому и здесь соединения, реагирующие по в положению, являются нуклеофилами.

1. Алкилирование. Амбидентные енолят-анионы, образующиеся при депротонировании -положения под действием оснований, могут не только присоединяться по карбонильной группе, но и быть нуклеофильными реагентами в реакциях нуклеофильного замещения с галогенпроизводными и тозилатами:

Формальный итог реакции – замещение -атома водорода на алкильную группу R, т.е. -алкилирование карбонильного соединения. Реакции обычно идут по механизму S_N2, и амбидентный анион реагирует мягким, т.е. углеродным нуклеофильным центром. Для достижения значительной концентрации енолят-аниона необходимо использовать сильные основания (NH₂¯, трет-С₄Н₉О¯). Проведение алкилирования сталкивается с рядом трудностей: во-первых, с реакцией замещения конкурирует реакция альдольной конденсации; во-вторых, трудно остановить реакцию на стадии моноалкилирования – имеется тенденция к замещению всех (двух или трех) -водородных атомов.

Гораздо проще идет алкилирование 1,3-дикарбонильных соединений; это будет рассмотрено ниже. Для алкилирования же монокарбонильных соединений удобнее проводить не прямую реакцию, а использовать обходной путь – через енамины. Как было показано (стр. 241) , енамины легко образуются при взаимодействии карбонильных соединений и вторичных аминов; там же было упомянуто о широком использовании енаминов в органическом синтезе. Одним из важных аспектов такого использования и является алкилирование енаминов. Енамины – достаточно сильные С-нуклеофилы за счет электронодонорного влияния атома азота:

Их нуклеофильности вполне достаточно для реакции с галогенпроизводными или тозилатами по механизму S_N2:

Продукт реакции алкилирования енамина – иминиевая соль (466) – легко может быть гидролизована в кислой среде с образованием -моноалкилированного кетона. Этот путь моноалкилирования кетонов хотя и длиннее, чем прямая реакция, но избавлен от упомянутых выше сложностей; поэтому алкилирование енаминов используется достаточно широко.

2. Галогенирование. Атомы водорода в -положениях карбонильных соединений легко замещаются на галоген при взаимодействии с хлором и бромом, а иногда и иодом:

В отличие от замещения водорода на галоген в алканах, аллильном и бензильном положениях, -галогенирование карбонильных соединений идет не по радикальному, а по ионному механизму. Суть реакции – электрофильное присоединение галогена к связи С=С енольной формы карбонильного соединения:

П рисоединение идет легко, т.к. связь С=С енольной формы имеет повышенную нуклеофильность (см. выше). Образующийся при этом гидроксидигалогенид (467) неустойчив, т.к. содержит два электроотрицательных атома (ОН и На1) при одном атоме углерода; он отщепляет ННа1, что и приводит к -галогенкетону. Таким образом, галогенирование идет по схеме «присоединение-отщепление». Естественно, что реакция галогенирования ускоряется при добавлении кислот и оснований, т.к. они способствуют енолизации. Обычно используют основный катализ.

Особый случай – взаимодействие метилкетонов СН₃-СO-R с избытком галогенов в присутствии щелочи: при этом замещаются на галоген все три атома водорода метильной группы; полученное производное распадается под действием щелочи с образованием галоформа:

Эта реакция носит название галоформной. Если в качестве галогена использовать иод, то образуется иодоформ СHJ₃ – кристаллы желтого цвета, которые легко идентифицировать; поэтому «иодоформная проба» используется для обнаружения метилкетонов.

3. Нитрозирование. Эта реакция протекает при действии эфиров азотистой кислоты (алкилнитритов) в кислой среде на карбонильные соединения, имеющие -СН₂-группу:

П родукты реакции - -нитрозокетоны (468) – таутомеризуются в оксимы 1,2-дикарбо- нильных соединений (469). Внешне таутомерия нитрозосоединение – оксим напоминает кето-енольную (стр. 233); равновесие, однако, практически нацело сдвинуто в сторону аналога енольной формы - оксима (469). Оксимы (469) можно превратить в соответствующие 1,2-дикарбонильные соединения путем гидролиза, а можно использовать для других превращений, в частности, для синтеза комплексонов и гетероциклических соединений.

Подобно галогенированию, нитрозирование протекает как электрофильное присоединение к связи С=С енольной формы карбонильного соединения:

Электрофильной частицей является нитрозоний-катион ⁺N=O, который образуется из нитрита после протонирования и отрыва молекулы спирта.