Альдольная реакция

Механизм и продукт

Енолят из урока 276 атакует не только алкилгалогенид, но и карбонильную группу другой молекулы — так же, как нуклеофилы при присоединении к альдегидам (урок 234). Одна молекула служит донором (её α-атом становится нуклеофилом), а другая — акцептором. Продукт — β-гидроксикарбонильное соединение, или альдоль; это название пришло от первого продукта такой реакции — альдегидоспирта.

Как найти продукт альдольной реакции

1. Нарисуйте две молекулы: донор (с α-атомом водорода) и акцептор (с группой C=O).
2. Соедините α-атом донора с атомом углерода карбонильной группы акцептора.
3. Атом кислорода акцептора становится группой OH, а группа C=O донора сохраняется.
4. Получается β-гидроксикарбонильное соединение: группа OH находится через один атом от группы C=O.
5. Механизм в щёлочи: гидроксид-ион отрывает α-протон, енолят атакует группу C=O второй молекулы, образуется алкоксид-ион, и вода его протонирует.

Примеры

1. Пропаналь. Две молекулы пропаналя в разбавленной щёлочи при 5 °C дают 3-гидрокси-2-метилпентаналь.

2. Фенилацетальдегид. Две молекулы фенилацетальдегида \(\ce{C6H5CH2CHO}\) в щёлочи дают 3-гидрокси-2,4-дифенилбутаналь.

3. Кетон. Циклогексанон в щёлочи даёт 2-(1-гидроксициклогексил)циклогексанон, но в равновесии этого продукта мало: \(\ce{2C6H10O <=> C12H20O2}\).

Равновесие и ретро-альдоль

Альдольная реакция из первой части урока обратима, и положение равновесия зависит от строения карбонильного соединения. Для альдегидов оно сдвинуто к альдолю, а для кетонов — к исходным веществам. Обратная, ретро-альдольная, реакция тоже важна: её используют в синтезе, а в клетке с неё начинается расщепление глюкозы.

Как оценить равновесие

1. У альдегидов равновесие сдвинуто к альдолю.
2. У кетонов группа C=O менее электрофильна и пространственно затруднена, поэтому равновесие сдвинуто к исходным веществам; продукт выводят из смеси или сразу дегидратируют (урок 283).
3. Ретро-альдольная реакция: β-гидроксикарбонильное соединение в щёлочи при нагревании распадается на два карбонильных соединения, и разрывается связь между α- и β-атомами.
4. В кислой среде енол атакует протонированную карбонильную группу, и продукт обычно сразу теряет воду.
5. В клетке фермент альдолаза расщепляет фруктозо-1,6-бисфосфат на две триозы — это ретро-альдольная реакция.

Примеры

1. Диацетоновый спирт. Ацетон с гидроксидом бария в экстракторе Сокслета даёт 4-гидрокси-4-метилпентан-2-он (диацетоновый спирт): продукт уходит от катализатора и не распадается обратно.

2. Ретро-альдольная реакция. Диацетоновый спирт \(\ce{C6H12O2}\) при нагревании с NaOH распадается на две молекулы ацетона: \(\ce{(CH3)2C(OH)CH2COCH3 -> 2(CH3)2CO}\).