Еноляты: кислотность α-водорода, LDA
Кислотность α-водорода
α-H кислый не потому, что связь C–H слаба, а потому, что анион устойчив: заряд уходит на кислород.
Как сравнить кислотность и выбрать основание
- Чем лучше делокализован заряд аниона, тем кислее α-H.
- Альдегид (17) > кетон (19–20) > сложный эфир и нитрил (25) > амид (30): неподелённая пара OR или \(\ce{NR2}\) сама сопряжена с C=O и мешает ей принять заряд.
- Две акцепторные группы у одного атома C — заряд делокализуется на две C=O: \(pK_a\) 9–13.
- Основание (в скобках \(pK_a\) сопряжённой кислоты): \(\ce{Et3N}\) (11), NaOH (15,7), NaOEt (16), t-BuOK (18), NaH (35), LDA (36).
- Равновесие смещено к более слабой кислоте: \(K = 10^{\,pK_a(\ce{BH}) - pK_a(\text{субстрата})}\).
| Соединение | \(pK_a\) (α-H) |
|---|---|
| этан | ≈ 50 |
| этилацетат | 25 |
| ацетонитрил | 25 |
| ацетон | 19 |
| ацетальдегид | 17 |
| диэтилмалонат | 13 |
| ацетоуксусный эфир | 11 |
| нитрометан | 10 |
| пентан-2,4-дион | 9 |
Примеры
1. Диэтилмалонат (\(pK_a\) 13) + NaOEt (этанол, 16): \(K = 10^{3}\) — енолят практически нацело.
2. Ацетон (19) + NaOH (вода, 15,7): \(K \approx 10^{-3{,}3}\) — енолята доли процента, но для альдольной реакции хватает.
3. Циклогексанон + LDA (36): \(K \approx 10^{17}\) — нацело и необратимо.
errorОснование и нуклеофил — не одно и то же
LDA — сильное, но пространственно затруднённое основание: к C=O оно не присоединяется, а только снимает протон. NaOEt и NaOH ещё и нуклеофилы: со сложными эфирами дают переэтерификацию и омыление.
edit_noteПопробуйте сами
Можно ли нацело превратить ацетоуксусный эфир в енолят действием этилата натрия?
expand_moreПоказать решение
Да: \(pK_a\) 11 против 16 у этанола — равновесие сдвинуто вправо на пять порядков.
Кинетический и термодинамический еноляты
У несимметричного кетона два α-атома; какой отдаст протон, решают условия.
Как выбрать условия
- Кинетический енолят (менее замещённая C=C): LDA, ТГФ, −78 °C, коротко; кетон прибавляют к избытку основания — депротонирование необратимо, выигрывает самый доступный атом H.
- Термодинамический енолят (более замещённая C=C): более слабое основание (NaOEt, t-BuOK, NaH) при комнатной температуре или нагревании, небольшой избыток кетона — протоны перебегают, устанавливается равновесие, побеждает более устойчивый енолят.
- Енолят закрепляют: \(\ce{Me3SiCl}\) — силиловый эфир енола (урок 285), алкилгалогенид — α-алкилкетон (урок 281).
Примеры
1. Бутанон + LDA (ТГФ, −78 °C) → \(\ce{CH2=C(O^-)CH2CH3}\) — енолят по C1.
2. Бутанон + NaH (25 °C) → преимущественно \(\ce{CH3C(O^-)=CHCH3}\) — енолят по C3.
errorКинетический — значит быстрый, а не «менее кислый»
Решает скорость: LDA громоздкое, и атом H у менее замещённого атома C доступнее. При −78 °C обратной реакции нет — енолят «замораживается».
edit_noteПопробуйте сами
Какой енолят образует фенилацетон \(\ce{C6H5CH2COCH3}\) с NaOEt?
expand_moreПоказать решение
\(\ce{C6H5CH=C(O^-)CH3}\): C=C сопряжена с кольцом — он устойчивее, а бензильный H к тому же кислее.
push_pinГлавное
α-H альдегидов и кетонов кислые (\(pK_a\) 17–20), сложных эфиров и нитрилов — слабее (≈ 25), 1,3-дикарбонильных соединений — намного сильнее (9–13): заряд енолята уходит на кислород (на два атома O). Основание депротонирует субстрат нацело, если его сопряжённая кислота слабее субстрата на несколько единиц \(pK_a\): кетон — LDA (диизопропиламин, \(pK_a\) 36), NaH, \(\ce{NaNH2}\); алкоксиды и гидроксид дают лишь равновесную долю енолята кетона, но нацело депротонируют 1,3-дикарбонилы. Несимметричный кетон с LDA при −78 °C даёт кинетический (менее замещённый) енолят, с алкоксидом при комнатной температуре — термодинамический (более замещённый).
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.