1.2. Реакції конденсації карбонільних сполук

Приєднання карбанiону або іншого нуклеофiлу до карбонільної сполуки або іншого електрофілу з наступним відщепленням води називаються реакціями конденсації. Реакція конденсації – це реакція, що призводить до зміни карбонового скелету й супроводжується збільшенням числа атомів карбону шляхом утворення нових карбон-карбонових зв'язків. У ще більш спрощеному виді реакції конденсації можна представити як реакції приєднання до карбонільної групи [14]:

Подальший напрямок реакції буде залежати від природи групи Х (сусідньої з карбонільною групою). Якщо при її відщепленні утворюється слабка основа, то реакція завершується її відщепленням і являє, по суті, реакцію заміщення [15, 16]:

Так протікають, зокрема, реакції естерної конденсації [16, 17, 18]. Якщо група Х не здатна при відщепленні утворити слабку основу, то вона зовсім не відщеплюється, а реакція завершується захопленням протона від молекули води (або іншої молекули, здатної відщепити протон) і регенерацією основи [19]:

Такий хід реакції характерний при конденсації альдегідів і кетонів. Окремим випадком її є реакція диспропорціювання, коли відщеплюється гідрид-іон, який переходить на сусідню молекулу карбонільної сполуки, відновлюючи її до спирту. По такій же схемі протікає спряжене приєднання (до системи зв'язків -С=С-С=О) за Міхаелем [14, 18, 20, 21]. Звичайно реакція приєднання надалі супроводжується відщепленням молекули води. Ймовірно, такому результату спричинює утворення спряженої ненасиченої системи.

Альдольна й кротонова конденсація [14-15, 21]

Альдольне приєднання дуже нагадує реакцію утворення ацеталей і тобто не є реакцією конденсації, оскільки не супроводжується виділенням води. Сполука, що утворюється є альдегідоспиртом (альдоль) i легко втрачає воду в присутності каталітичних кількостей основ або кислот, а також при незначному нагріванні, з утворенням α,β-ненасиченої карбонільної сполуки, чим власне, i завершується подiбна конденсацiя (R,Х= алкіл або Н): в конденсацію вступають енол і протонована карбонільна група другої молекули [21]:

В реакції альдольно-кротонової конденсації вступають також кетони. При цьому карбаніон приєднується до карбонільної групи другої молекули, причому протікає С-алкілування, на відміну від термодинамічно невигідного О-алкiлування [16, 21]:

Таким чином, в реакцію альдольно-кротонової конденсації (самоконденсацiї) можуть вступати як альдегіди, так і кетони, що мають α-атоми гідрогену. У випадку кетонів положення рівноваги невигідне для утворення продуктів, але проводячи реакцію в спеціальних умовах можливо одержати високий вихід продукту. Перехресні реакції між альдегідами й кетонами не мають лабораторного застосування, бо утворюється суміш з чотирьох продуктів й вихідних сполук, що не прореагували. У синтетичних цілях проводять реакцію між двома карбонільними сполуками, одна з яких є джерелом карбаніонів (метиленовий компонент), а інша є карбонільним компонентом (що не має α-карбонових атомів гідрогену). Як правило, в ролі карбонільного компонента використовується формальдегід, ароматичні альдегіди, естери карбонатної, щавлевої й мурашиної кислот. Як метиленовий компонент застосовують у тому числі й С-Н–кислоти й навіть похідні ацетиленових вуглеводнів з кінцевим потрійним зв'язком.

Реакцiї Кневенагеля [16-18, 21]

Малонова кислота, або її повний естер в присутності лугу здатні в невеликих кількостях утворювати трианіон за рахунок йонізації активної метиленової групи. Тому стають можливі реакції, наприклад повного естера малонової кислоти з альдегідами або кетонами типу альдольної конденсації [16, 21]:

Проте, якщо використовується альдегід типу RCH₂CHO, що теоретично може вступати в реакцію самоконденсації, аміни не є досить сильними основами, щоб забезпечити істотну рівноважну концентрацію R-^-CH-CHO , тому самоконденсація рідко протікає в помітній мiрi. Якщо альдегіди вступають у реакцію конденсації Кневенагеля із рiзними джерелами карбаніонів, то цього не відбувається з кетонами. Прості кетони конденсуються за Кневенагелем з малононiтрилом СН₂(CN)₂, етиловим естером цiаноцтової кислоти, диетилмалонатом або ацетооцтовим естером. Можливо,це сприяє утворенню високоелектрофільної іміневої солі з карбонільної сполуки та аміну [21]:

Крім того, вона може прискорювати дегідратацію, що є кінцевою стадією реакції конденсації. Іншим важливим варіантом конденсації по Кневенагелю є той випадок, коли одна (або обидві) -М–групи, що стабілізують карбаніон, є карбоксильними (-СООН). У цьому процесі, відомому під назвою конденсації Дебнера [16, 21], карбаніони постачає малонова (X= COOH) або цiаноцтова (X= CN) кислоти, а розчинником виступає піридин або хінолін.

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

Бензоїнова конденсація [18, 19, 21]

Cамоконденсація ароматичних альдегідів у присутності ціанідів називається бензоїновою конденсацією [18, 19]:

В реакцію бензоїнової конденсації не вступають ароматичні альдегіди, що містять у кільці сильні електронакцепторні або електрондонорні замісники. Сильні електронакцептори знижують реакційну здатність (нуклеофільність) цiангідрину, а сильні електрондонори знижують електрофільність карбонільного атому карбону другої молекули бензальдегіду, що виступає в якості карбонільного компонента реакції [21].

Конденсація Перкіна [16, 17, 21]

Конденсація ароматичних альдегідів з ангідридами карбонових кислот, що каталізується солями цих же кислот, амінами або основами, зветься реакціями Перкіна [16, 17, 21]:

Реакція Кляйзена-Шмідта [17, 19, 21]

Таку назву носить реакція конденсації ароматичних альдегідів з аліфатичними карбонільними сполуками:

Таким чином, в реакцію альдольно-кротонової конденсації (самоконденсацiї) можуть вступати як альдегіди, так і кетони, що мають α-атоми гідрогену

Естерна конденсація [19, 21]

Реакції конденсації естерів досить схожі за схемою з конденсацією інших карбонільних сполук. Одна молекула естеру є карбонільним компонентом, інша – метиленовою. Найпростіший приклад – самоконденсація етилацетату, що приводить до ацетооцтового естеру. Каталізується реакція алканолятом, що відповідає спирту в естері:

Для успішного протікання реакції в продукті конденсації повинен бути присутнім, як мінімум, один атом гiдрогену. Маючи підвищену кислотність він легко відщеплюється при взаємодії з алканолятом з утворенням енолят-аніону, зміщуючи рівновагу реакції в бік утворення продукту [21]:

Конденсація Дікмана [19, 21]

Внутрiшньомолекулярна естерна взаємодія зветься конденсацією Дікмана. В цю реакцію вступають естери дикарбонових кислот, реакції протікають, якщо в результаті виходять п’яти - або шестичленні цикли: