Бензоїнова конденсація

Бензої́нова конденса́ція (англ. benzoin addition) — реакція приєднання двох молекул альдегідів з утворенням α-оксикетону (ацилоїну). Є одним з основних методів одержання ацилоїнів. Реагентами в бензоїновій конденсації виступають бензальдегіди (з утворенням бензоїнів), а також гліоксалі .[2][3]

Загальна схема бензонової конденсації.[1]

Бензоїнову конденсацію було відкрито в 1832 році Юстусом фон Лібіхом і Фрідріхом Велером під час досліджень олії гіркого мигдалю.[4] Каталітичний варіант реакції з використанням ціанідів був розроблений через декілька років Ніколаєм Зініним.[5][6]

Механізм реакції ред.

Загальноприйнятий механізм бензоїнової конденсації був уперше запропонований Артуром Лапвортом у 1903 році:[7]

 

Механізм у анімованому вигляді:

 

Згідно наведеного вище механізму, один із реагуючих альлдегідів зберігає карбонільну функціональність, у той час як інший відновлюється до алкоголю. Термінологічно перший альдегід (на схемі це чорна молекула) називають донором, бо він «донорує» атом водню другому альдегіду; відповідно, другий альдегід (червона молекула) називають акцептором. Деякі бензальдегіди можуть виконувати тільки одну з цих функцій, тому можуть бути застосовані тільки в перехресних конденсаціях; наприклад, пара-диметиламінобензальдегід може слугувати лише донором.

Кожен механістичний крок є рівноважним, тому підвищені температури сприяють швидшому перебігу реакції.

Ключовим кроком в бензоїновій конденсації є умполюнґ карбонільної групи альдегіду-донора в результаті утворення нітрилоеноляту. Через це ціанід-іон є унікальним каталізатором в цій реакції, бо він одночасно виконує всі три важливі функції в її механізмі: 1) нуклеофільне приєднання до карбонільної групи; 2) підвищення кислотності альдегідного атома водню за рахунок її електроноакцепторних властивостей; 3) відщеплення після конденсації з альдегідом-акцептором.

Модифікації ред.

Класична процедура бензоїнової конденсації має певні недоліки:

  1. використання токсичних ціанідів;
  2. низька енантіоселективність;
  3. неможливість гомо-конденсації деяких бензальдегідів.

Останню проблему можна вирішити, якщо альдегід, який може виступати тільки в якості акцептору, додавати до реакції у формі його ціангідрину;[8] в такому випадку, додавання ціаніду не є необхідним.

Високу енантіоселективність бензоїнової конденсації вдалося досягти шляхом каталізу бензоїлформат-декарбоксилазою.[9] Ця реакція також не потребує ціанід-іонів. Однак найвідоміша «безціанідна» бензоїнова конденсація вживає похідні тіаміну — т. зв. «каталізатори Штеттера[en]»[10]. За допомогою цього метода можна одержувати ацилоїни загалом. Механізм реакції наведено нижче; його особливістю є властивість похідних тіаміну утворювати N-гетероциклічні карбени[de], які реагують з альдегідом-донором на кшталт ціанідів. Подальше депротонування призводить до т. зв. інтермедіатів Бреслоу, структура яких була запропонована Рональдом Бреслоу[en] в 1958.[11]

 

Примітки ред.

  1. Roger Adams, C. S. Marvel (1921). Benzoin. Organic Syntheses. 1: 33. doi:10.15227/orgsyn.001.0033.
  2. Ide, Walter S.; Buck, Johannes S. (15 березня 2011). John Wiley & Sons, Inc. (ред.). The Synthesis of Benzoins. Organic Reactions (англ.). Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc. с. 269—304. doi:10.1002/0471264180.or004.05. ISBN 978-0-471-26418-7.
  3. Smith, Michael B.; March, Jerry (27 грудня 2006). March's Advanced Organic Chemistry (англ.). Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc. doi:10.1002/0470084960. ISBN 978-0-470-08496-0.
  4. Wöhler; Liebig (1832). Untersuchungen über das Radikal der Benzoesäure. Annalen der Pharmacie (нім.). Т. 3, № 3. с. 249—282. doi:10.1002/jlac.18320030302.
  5. N. Zinin (1839). Beiträge zur Kenntniss einiger Verbindungen aus der Benzoylreihe. Annalen der Pharmacie. 31 (3): 329—332. doi:10.1002/jlac.18390310312.
  6. N. Zinin (1840). Ueber einige Zersetzungsprodukte des Bittermandelöls. Annalen der Pharmacie. 34 (2): 186—192. doi:10.1002/jlac.18400340205.
  7. Lapworth, A. (1904). CXXII.—Reactions involving the addition of hydrogen cyanide to carbon compounds. Part II. Cyanohydrins regarded as complex acids. Journal of the Chemical Society, Transactions. 85: 1206—1214. doi:10.1039/CT9048501206.
  8. Rozwadowska, Maria D. (1 січня 1985). Cyanohydrins as substrates in benzoin condensation.: Regiocontrolled mixed benzoin condensation. Tetrahedron (англ.). Т. 41, № 15. с. 3135—3140. doi:10.1016/S0040-4020(01)96667-0. ISSN 0040-4020.
  9. Demir, Ayhan S; Dünnwald, Thomas; Iding, Hans; Pohl, Martina; Müller, Michael (17 грудня 1999). Asymmetric benzoin reaction catalyzed by benzoylformate decarboxylase. Tetrahedron: Asymmetry (англ.). Т. 10, № 24. с. 4769—4774. doi:10.1016/S0957-4166(99)00516-9. ISSN 0957-4166.
  10. Stetter, Hermann (1976). Catalyzed Addition of Aldehydes to Activated Double Bonds—A New Synthetic Approach. Angewandte Chemie International Edition in English (англ.). Т. 15, № 11. с. 639—647. doi:10.1002/anie.197606391. ISSN 1521-3773.
  11. Breslow, Ronald (1 липня 1958). On the Mechanism of Thiamine Action. IV.1 Evidence from Studies on Model Systems. Journal of the American Chemical Society. Т. 80, № 14. с. 3719—3726. doi:10.1021/ja01547a064. ISSN 0002-7863.