Aldol kondenzáció

Az aldolkondenzáció ( aldol-krotonos kondenzáció , aldolreakció ) egy kémiai reakció két aldehid- vagy ketonmolekula között sav vagy bázis jelenlétében aldol (β-hidroxi-aldehid vagy β-hidroxi-keton) képződéséhez , és bizonyos esetekben az aldol (α,β -telítetlen aldehid vagy keton) dehidratációs terméke [1] .

A reakciót egymástól függetlenül Charles Adolph Wurtz és Alexander Borodin fedezte fel 1872-ben, és 1880-ban Schmidt egyfajta aldolkondenzációt javasolt - a Claisen-Schmidt reakciót [  -, és először hajtott végre aldolkondenzációt bázikus katalízis körülményei között. K 1] [2] [3 ] .

Az aldolreakció a szerves szintézis egyik legfontosabb módszere . Ennek a reakciónak, valamint regioszelektív és sztereoszelektív analógjainak irányított vezetésére szolgáló módszereket fejlesztettek ki. A reakció nagy értékű a természetes vegyületek szintézisében. Aldol-kondenzáció biológiai rendszerekben is előfordul.

Néha az aldolkondenzáció kifejezést számos olyan reakcióra alkalmazzák, amelyeknek hasonló mechanizmusa van, de különböző reagensekkel és termékekkel ( Claisen , Knoevenagel , Döbner , Perkin , Stobbe és Reformatsky -reakciók ) [2] .

Kölcsönhatásban lévő reagensek

A reakciók leírásának megkönnyítése érdekében az aldolkondenzációban kölcsönhatásba lépő anyagokat szerepük szerint felosztjuk. A karbonilcsoporttal reakcióba lépő aldehidet vagy ketont karbonilkomponensnek , az α-metiléncsoporttal való reakcióban részt vevő és katalizátor hatására enolátionná vagy enollá alakuló anyagot metilénkomponensnek nevezzük [ 4] . Nyilvánvaló, hogy elméletileg bármilyen aldehid vagy keton lehet karbonilkomponens, és csak egy olyan, amely legalább egy α-hidrogénatomot tartalmaz, lehet metilénkomponens. Például a metilén komponens nem lehet formaldehid , benzaldehid vagy pivalaldehid [5] .

Karbonil komponensek

A karbonilkomponensek reakciókészsége különbözik, amelyet a karbonilcsoport szénatomján lévő részleges pozitív töltés nagysága határoz meg. Ezzel kapcsolatban a karbonilvegyületek aktivitásának csökkenése figyelhető meg a következő sorozatokban: formaldehid  - aldehidek  - ketonok [6] .

A formaldehid reaktivitásban minden más aldehidet felülmúl, ezért gyakran használják karbonilkomponensként más aldehidekkel való reakciókban, anélkül, hogy félnének attól, hogy az utóbbiak magukkal kondenzálódnak. Ha formaldehidet feleslegben használunk, akkor a reakció nem áll meg az aldolképződés szakaszában, hanem a metilénkomponens más α-hidrogénatomjainak részvételével továbbhalad. Ezt a jelenséget a pentaeritrit szintézisében használják , amely a formaldehid és az acetaldehid közötti aldol reakción alapul [7] .

Metilén komponensek

A reakcióban metilén komponensként nemcsak a karbonilvegyületek (aldehidek és ketonok) léphetnek fel, hanem bármely más CH-savas vegyület is, azaz olyanok, amelyek szénatomjáról egy proton bázissal leválasztható (pl. származékok). karbonsavak ) [8 ] . Az akceptorcsoportok jelenléte egy aldehid vagy keton szerkezetében növeli annak savasságát, és megkönnyíti a proton eltávolítását az α-helyzetből [9] .

Ha a metilén komponens szerepét egy aszimmetrikus keton tölti be, akkor az α-metilén proton eliminációja két nem egyenlő α-helyzetből történhet, ami két különböző kondenzációs termék képződéséhez vezet. Előnyös a proton eliminálása egy szubsztituáltabb szénatomból, mivel így stabilabb enolát keletkezik, amelyben a kettős kötés több szubsztituenst tartalmaz (lásd Zaicev szabályát ) [10] . Vannak azonban módszerek kevésbé szubsztituált kettős kötéssel rendelkező enolátok előállítására, amelyek sztérikusan gátolt bázisok alkalmazásán alapulnak. Ebben az esetben az enolizációs reakció irányát nem az enolát stabilitása, hanem a térhatások határozzák meg. .

Reagenskombinációk

Figyelembe véve, hogy az aldolreakcióban két karbonilvegyület vesz részt, a reagenseknek számos alapvető kombinációja létezik, amelyekben a reakció eltérő módon megy végbe [11] .

Mechanizmus

Az aldol-kondenzáció savas vagy bázikus katalízis körülményei között végezhető (ez utóbbit használják gyakrabban) [12] .

Alapvető katalízis

A báziskatalizált reakció három lépésből áll [4] [13] [14] .

  1. Az első lépésben a karbonilvegyület α-helyzetéből egy protont eltávolítanak, és enolát ion képződik . Ha lúgot használunk bázisként, akkor az enolát kis koncentrációban (általában 1-3%) képződik, mivel az OH - hidroxidion nem elég erős ahhoz, hogy a karbonilvegyület összes molekuláját deprotonálja. Ez a mennyiség azonban elegendő a reakció lezajlásához.
  2. Ezt követi a második szakasz: az enolát ion hozzáadása egy másik molekula karbonilcsoportjához . Az enolátban lévő negatív töltés a karbonilcsoport oxigénatomja és az α-szénatom között oszlik meg, az elektronsűrűség nagy része az oxigénatomon koncentrálódik. Ennek ellenére a szénatom nagyobb nukleofil képességgel rendelkezik, ezért ebben a szakaszban inkább szén-szén kötés jön létre, mint szén-oxigén kötés [15] .
  3. Végül a harmadik lépésben az aldol-anion protont von el az oldószerből, keletkezik a reakciótermék, és regenerálódik a katalizátor. Így a fő katalízis lényege a metilén komponens aktiválása a nukleofilitás növelésével.

Magas aldehidkoncentráció esetén a reakció sebességét a protoneltávolítási lépés korlátozza, de hígításkor a reakció a második sorrendet szerzi fel aldehid tekintetében. A ketonokat érintő reakciók többségénél a korlátozó lépés az enolát karbonilvegyülethez való hozzáadásának lépése [16] .

Savkatalízis

A reakciót savak is katalizálhatják. Ebben az esetben a karbonilkomponens aktiválása karbonilcsoportjának protonálásával történik [13] . A metilén komponenst enollá alakítják, amelynek nukleofil reaktivitása van (bár sokkal kisebb, mint az enolát ion), és a következő lépésben hozzáadják az aktivált karbonil komponenshez [17] . Az egész folyamat sebességét a második szakasz sebessége határozza meg [4] .

A savas körülmények között a leggyakoribb termékek általában az α,β-telítetlen vegyületek, mivel az aldol képződését követő dehidratáció meglehetősen gyorsan lezajlik [18] .

Az aldolkondenzáció minden szakasza egyensúlyi állapotban van (beleértve a dehidratációt is ), így termékei lúggal kezelve újra feloszthatók az eredeti reagensekre. Az ilyen folyamatot retroaldol-reakciónak nevezik [14] .

Reakciókörülmények

Az aldolkondenzáció klasszikus feltételei közé tartozik a karbonilvegyület lúggal vagy más bázissal történő kezelése vizes vagy vizes-alkoholos közegben 0-5 °C-on. Ilyen körülmények között aldol képződik ( aldehid és alkohol rövidítése ) - β-hidroxi-aldehid. Súlyosabb körülmények között (például hevítéskor) az aldol elveszít egy vízmolekulát , és krotont  , egy α,β-telítetlen aldehidet képez . Ha a reakciót savas közegben hajtjuk végre, az aldolképződés szakaszában nehéz leállítani a reakciót, és a reakciótermék egy α,β-telítetlen karbonilvegyület [4] .

Katalizátorok

Sok aldol-kondenzáció nem túl érzékeny a katalizátorkoncentrációra, és a legtöbb esetben kis mennyiségű bázis elegendő ahhoz, hogy elfogadható hozamot adjon. A felesleges bázis elősegíti a retroaldol reakcióját és a kiszáradást. A sav által katalizált reakciók szintén érzéketlenek a savkoncentrációra, és általában könnyen α,β-telítetlen termékekhez vezetnek [19] .

Számos anyagot használtak katalizátorként, de legtöbbször csak korlátozott mennyiségben. Az alkáli- és alkáliföldfém - hidroxidok a legszélesebb körben alkalmazhatók. A nátrium-hidroxidot gyakran használják , de a kálium-hidroxid ugyanolyan hatásos. Ha az aldehid lúgérzékeny, katalizátorként kalcium -hidroxidot vagy bárium-hidroxidot választunk . Azokban az esetekben, amikor a nátrium-hidroxid hatástalan, alkálifém- alkoholátokat használnak (leggyakrabban nátrium -etoxidot etanolban ). Az alkálifémek és a gyenge savak sói ( nátrium- karbonát , kálium-karbonát ) egy bizonyos alkalmazási területet találtak , lehetővé téve a reakcióközeg állandó pH-értékének fenntartását. Ezenkívül ioncserélő gyantákat , néhány Grignard-reagenst stb. használnak katalizátorként [19]

A primer és szekunder aminok értékes katalizátorok a lúgokra érzékeny aldehidek kondenzációs reakcióiban, valamint az enolformát nagy mennyiségben tartalmazó karbonilvegyületek (például 1,3-diketonok). Ebben az értelemben a leghatékonyabb a pirrolidin és a piperidin . Ecetsav hozzáadása ezekhez az aminokhoz felgyorsítja a kondenzációt (néha ezen aminok acetátjait közvetlenül használják fel) [19] .

A savas katalizátorokat ritkábban alkalmazzák, mert alacsonyabb hozamot adnak, és a terméktisztítási eljárás bonyolultabb. Aldehidek aldehidekkel való kondenzációja esetén gyanták képződnek. A savak fő katalizátora a hidrogén-klorid , de ennek részvételével β-halogén-karbonil-vegyületek is előállíthatók termékként. Használnak még kénsavat , para -toluolszulfonsavat , ritkábban salétromsavat , bór-trifluoridot , foszfor-oxi -kloridot , ecetsavanhidridet és más savakat [20] .

Oldószerek

Az oldószer megválasztása a reagensek oldhatóságától függ. A leggyakoribbak a víz, az etanol és a víz-alkohol keverékek. A reaktív aldehidek esetében a heterogén keverékek (vizes nátrium-hidroxid- dietil-éter ) megfelelőek. Erős bázisok esetén aprotikus oldószerek szükségesek , és a hidrogén-kloridot gyakran oldószer nélkül használják [21] .

Hőmérséklet és reakcióidő

A legjobb terméshozam 5-25°C-on érhető el. A reakció sebessége általában elegendő ahhoz, hogy a reakciót 12 vagy 24 óra alatt lezajljuk. Ha az aldolkondenzáció során instabil termékek keletkeznek, a hőmérsékletet 0-5 °C-ra csökkentjük. A savak által katalizált reakciókhoz általában alacsonyabb hőmérséklet is szükséges [22] .

A reagensek aránya

Jellemzően a két karbonilvegyület sztöchiometrikus mennyiségét használjuk a reakció végrehajtásához. Fontos kivétel a reaktív aldehidek és ketonok közötti reakciók, ahol a keton nagy feleslegét használják fel az aldehid önkondenzálódásának megakadályozására. Az aldehid önkondenzációja úgy is elkerülhető, hogy az aldehidet lassan adagoljuk a katalizátort tartalmazó keton feleslegéhez [23] .

Az aldehid feleslege akkor lehet hasznos, ha a keton nem elég aktív az aldolreakcióban, és az aldehid nem képes önmagával kondenzálódni (például benzaldehid) [23] .

Regioszelektív aldolreakciók

A kereszt-aldol-kondenzáció (két különböző karbonilvegyület kondenzációja) korlátozott hatókörrel rendelkezik. Ennek számos oka lehet, elsősorban több várható reakciótermék, valamint melléktermékek, önkondenzációs és polikondenzációs termékek képződése. Szintén aszimmetrikus ketonok alkalmazása esetén a kondenzációs reakcióban két izomer enolát ion vesz részt, amelyeket alternatív α-helyzetek deprotonálásával nyernek, ami a lehetséges termékek számának növekedéséhez vezet. Protikus oldószer alkalmazása nem kedvez az aldol képződésének, hanem egy α,β-telítetlen termék képződéséhez vezet. Ezenkívül a reakció reverzibilis, és nem tehető teljessé, ha a reakciótermék instabil. Ebben a tekintetben a közelmúltban módszereket fejlesztettek ki a lítium, bór, cink és más enolátok aprotikus közegben történő felhasználásával kapcsolatos keresztkondenzáció regioszelektivitásának növelésére. Ezeknek a megközelítéseknek a lényege, hogy a metilénkomponenst előzetesen kvantitatív módon enoláttá alakítják, majd egy második karbonilvegyületet adnak a reakcióelegyhez, amely karbonilkomponensként működik [4] [24] .

Lítium-enolátok

Ebben a megközelítésben a reakció egyik résztvevője egy erős bázis (például lítium-diizopropil -amid LDA tetrahidrofuránban ) hatására -78 °C-on, majd a második szubsztrát, amely a karbonil komponens, hatására teljesen átalakul lítium-enoláttá. , hozzáadva. Ebben az esetben az enolátnak a karbonilcsoporthoz való hozzáadása gyorsabban megy végbe, mint a komponensek közötti proton átvitel vagy az enolát izomerizációja, ezért olyan termék keletkezik, amelyet a reaktánsok keverési sorrendje határoz meg. A lítium-enolátok hátránya a nagy bázikusságuk, ami szűkíti a felhasznált szubsztrátok körét [4] [25] . Az aldehidek esetében is ritkán alkalmazzák ezt a megközelítést, mivel ezeknél az önkondenzációs reakció túl gyorsan megy végbe, ami miatt nem lehet stabil lítium-enolátot előállítani [26] .

Silyl enolates

1973-ban Teruaki Mukayama japán vegyész szilil - enolátokat a lítium-enolátok alternatívájaként. Változatában aldol-kondenzációt hajtanak végre a szilil-enolát, mint enol -ekvivalens között, és egy Lewis-savat , például bór-trifluoridot vagy titán(IV)-kloridot adnak hozzá a karbonilkomponens aktiválásához . A szilienolátok könnyen beszerezhetők és könnyen kezelhetők. Ebben a reakcióban a fő változó paraméter a Lewis-sav természete: különböző fémsókkal való reakcióval a reakció sztereokémiája szabályozható [27] .

A Mukayama-reakció ebben a formában a savkatalizált aldol-reakcióhoz hasonló. Ezt a reakciót más módon is végrehajthatjuk, a bázikus katalitikus aldol-kondenzációval analóg módon. Ebben az esetben a reakciót az F - fluoridion katalizálja (általában tetrabutil-ammónium-fluoridot vagy más összetettebb fluoridforrást használnak), és a szilienolátok az enolát ionokkal ekvivalensekként működnek [28] .

Sztereoszelektív aldolreakciók

Egyes esetekben, amikor aldolkondenzáció lép fel, új sztereocentrum jön létre a termékben, és így két sztereoizomer keveréke képződik . Ez a helyzet azokban az esetekben figyelhető meg, amikor a metil-szubsztituált ketonok enolátjai reagálnak aldehidekkel ( enantiomerpár képződik ). Az etil-keton-enolátok esetében egyszerre két sztereocentrum jelenik meg a termékben, ezért a végterméket két diasztereomer képviseli, amelyek szubsztituensei anti- és szin -elrendezésűek, és mindegyik diasztereomer egy-egy enantiomerpárnak felel meg. Így ahhoz, hogy egyetlen, sztereoizomer tisztaságú terméket kapjunk, meg kell oldani a sztereoszelektivitás problémáját [29] .

Megjegyzendő, hogy nagyon nehéz megkülönböztetni az azonos diasztereomerhez tartozó enantiomereket, mivel az ezekhez az enantiomerekhez vezető átmeneti állapotok is enantiomerek, ezért akirális közegben energiájuk teljesen megegyezik. Annak érdekében, hogy a differenciálás megvalósítható legyen, általában valamilyen királis fragmentumot visznek be a reagensek szerkezetébe, hogy az átmeneti állapotok diasztereomerek és egyenlőtlenek legyenek [3] .

Királis aldehidek reakciói

Ha az aldehid már tartalmaz ismert konfigurációjú sztereocentrumot , akkor az aldolkondenzáció a második sztereocentrum kialakulásával ilyen vagy olyan diasztereoszelektivitással megy végbe, vagyis az újonnan létrehozott sztereocentrumot túlnyomórészt egy uralkodó konfiguráció képviseli. Egy ilyen átalakulás sztereokémiai eredménye előre jelezhető és megmagyarázható standard modellekkel, amelyeket a sztereokémiában a karbonilcsoporthoz való nukleofil addíciós reakciókhoz használnak (például Felkin-Ahn modellek, kelátképző modellek stb.) [30] .

Reakciók két sztereocentrum kialakulásával

Az akirális enolát és egy akirális aldehid közötti reakció sztereokémiai kimenetelének előrejelzésére , amelyben két sztereocentrum képződik, két átmeneti állapotmodellt alkalmazunk : nyitott és ciklikus. A nyitott sztereokémiai modell a molekulák viszonylag nagy mobilitását biztosítja, elsősorban több egyes kötés körüli rotációt. Ezért az e modell szerint lezajló reakciók diasztereoszelektivitása alacsony. Éppen ellenkezőleg, a ciklikus modellben (Zimmermann-Traxler modellek) a hattagú átmeneti állapot merev szerkezetű, kifejezettebb térbeli kölcsönhatásokkal rendelkezik, és ennek megfelelően jobban közvetíti a sztereokémiai információkat, ami végső soron nagy szelektivitást eredményez [31] .

A Zimmerman-Traxler modellben az átmeneti állapot egy karbonilvegyület és egy enolát ciklikus, hattagú komplexe a legstabilabb "szék" konformációban . A lehetséges molekulaelrendezések közül ebben az esetben az valósul meg, amelyben a térbeli nehézségek minimálisak. Tehát az E -enolát esetében két átmeneti állapot valósul meg, azonban az egyik kevésbé stabil, mivel az R és X szubsztituensek között kedvezőtlen 1,3-diaxiális kölcsönhatásokat tartalmaz. Ennek megfelelően a szubsztituensek szin -elrendezésével a termék amelyhez ez az átmeneti állapot vezet , kisebb mennyiségben képződik, és a fő az antitermék [ K 3] . Hasonlóképpen, a Z -enolát esetében előnyösebb a syn -termék képzése . Így az ilyen típusú aldolreakciókban a sztereokémiai eredményt az enolát kettős kötésének konfigurációja határozza meg [31] .

A Zimmermann-Traxler modell akkor valósul meg, ha az enolátban lévő fématom képes koordinálni az aldehid karbonilcsoportjával. Minél rövidebb a fém-oxigén kötés, annál tömörebb az átmeneti állapot és annál nagyobb a sztereoszelektivitás. Ebből a szempontból a legelőnyösebb a titán és bór enolátok alkalmazása [31] .

Ezek a megfontolások érvényesek a kinetikus szabályozásra, amikor a reakció gyors és visszafordíthatatlan. Ha azonban a termodinamikai szabályozást az egyensúly megteremtésével valósítjuk meg a folyamat szakaszaiban, akkor tetszőleges konfigurációjú enolátokból stabilabb antiizomer képződik, mivel az átmeneti állapotban nagyobb számú szubsztituens keletkezik . az egyenlítői helyzetben [32] .

Az R szubsztituens mérete az aldehidben és az X szubsztituens az enolátban szintén befolyásolja az eljárás sztereokémiáját. Ha ezek a csoportok nagy térfogatúak ( terc -butil, neopentil stb.), akkor a reakció nagy sztereoszelektivitással megy végbe. Ugyanakkor X kis térfogatnál (etil, izopropil, terc -butoxi, diizopropil-amino) a sztereoszelektivitás csökken vagy eltűnik [33] .

Királis enolátok reakciói

Amint fentebb látható, az aldol-kondenzációs reakciók diasztereoszelektivitását egyik vagy másik konfigurációjú enolátok alkalmazásával érjük el. Az egyik enantiomer előnyös képződése (enantioszelektivitás) bizonyos konfigurációjú sztereocentrumot tartalmazó enolátok alkalmazásával érhető el. Ugyanakkor hattagú átmeneti állapotmodelleket is használnak a kapott termék abszolút konfigurációjának előrejelzésére. Feltételezhető, hogy kedvezőbb egy olyan átmeneti állapot, amelyben az axiális hidrogénatom kölcsönhatása a királis atom legnagyobb tömegű szubsztituensével (RL ) minimális (végül egy termék keletkezik a szin - helyzetben). metilcsoport a legkisebb szubsztituenshez képest RS ) [ 34] .

Korántsem mindig az, hogy az enolát szerkezetének van irányító királis centruma, ezért kidolgoztak módszereket királis segédreagensek enolátokba való bejuttatására . Különösen az egyik legsikeresebb megközelítés az Evans -módszer . Ez egy királis oxazolidin fragmentumot tartalmazó karbonilvegyületek felhasználásából áll . Az ilyen anyagok túlnyomórészt Z -enolátokat képeznek ( a bór- , titán- és ón -enolátok adják a legjobb eredményt ), majd aldehiddel reagálva szin -aldolokat képeznek a Zimmermann-Traksler modell szerint. A diasztereoszelektivitás egyes esetekben meghaladja a 99%-ot. Az oxazolidinek ezután karbonsavakká hidrolizálhatók vagy Weinreb-amidokká alakíthatók [35] .

A királis segédreagensek alkalmazásának van egy jelentős hátránya: további szintézislépésekre van szükség, amelyeknél egy királis fragmentumot vezetnek be, majd eltávolítanak, ami csökkenti a termék összhozamát. Ezenkívül magára a királis induktorra sztöchiometrikus mennyiségben van szükség. Ezzel kapcsolatban olyan módszereket fejlesztenek ki, amelyek magukban foglalják fémorganikus reagens és királis ligandum alkalmazását az enolát vagy királis katalizátorok előállításának szakaszában [35] [36] .

Királis katalízis

A királis katalizátoros megközelítés a legvonzóbb, mivel a sztereoszabályozást kis (katalitikus) mennyiségű királis anyag felhasználásával hajtják végre, ami sokkal nagyobb megtakarítást biztosít azokhoz a módszerekhez képest, ahol a királis vegyületeket sztöchiometrikus mennyiségben alkalmazzák. A Mukayama-reakció biztosítja a legnagyobb lehetőségeket a királis katalizátorok felkutatására , amihez külső reagensre – egy Lewis-savra – van szükség. Ha királis Lewis-savat használ, biztosíthatja, hogy a termékben a kiralitás ebből a savból kerüljön be. Ilyen savakat találtak. A Mukayama-féle enantioszelektív reakció első általános módszere egy királis titánkomplex Lewis-savként való felhasználásán alapult, ennek fogyasztása 2-5 mol% volt, az enantioszelektivitás pedig elérte a 94%-ot (azaz az enantiomerek aránya 97:3 volt). ) [37] .

Organokatalízis

Az utóbbi időben azokra a reakciókra helyezték a hangsúlyt, amelyek minimális mennyiségű segédreagenst használnak (az atomgazdaság fogalma ) . Az aldol-kondenzációt ebből a szempontból a klasszikus módszerek szerint, sav vagy lúg hatására, előzetes enolátok képződése nélkül, de enantioszelektív változatban kell végrehajtani. Az ilyen reakciókat direkt aldolreakcióknak (angl. direct aldol responses ) nevezik, ellentétben az irányított aldolreakciókkal ( angol direkt ed aldolreakciók ) ,  amelyekben enolátok keletkeznek [ 38 ] .  

Az L- prolin az optimális katalizátor lett, amelyet számos sztereoszelektív aldolkondenzációban használtak . Hatása összefügg azzal, hogy molekulájában két funkciós csoport egyidejűleg van jelen: az amin és a karbonsav . Az amin a metilén komponenssel enamint képez , aktiválva azt, a karboxilcsoport pedig a karbonil komponenst. A reakcióban a sztereokontroll a prolinban lévő királis centrum jelenléte miatt valósul meg. Nyilvánvaló, hogy a karbonilvegyületeknek jelentősen el kell térniük reakcióképességükben ahhoz, hogy a keresztkondenzáció egyetlen termék képződésével menjen végbe [39] .

Telítetlen termékek konfigurálása

A reakció sztereokémiáját tekintve a keletkező α,β-telítetlen karbonilvegyületek többféle kettős kötés konfigurációval rendelkezhetnek . A rendelkezésre álló példák azt mutatják, hogy a transz - izomer ( a nagyobb β-szubsztituens és a karbonilcsoport transz -helyzetében) előnyösebb és stabilabb. A cisz -izomerek savak vagy bázisok hatására transz -termékekké izomerizálódnak . A fordított átalakulást ultraibolya sugárzással történő besugárzással érik el [40] .

Aldol-kondenzáció biológiai rendszerekben

Az aldolreakciók számos anyagcsereútban fordulnak elő, de leggyakrabban a szénhidrát-anyagcserében fordulnak elő, ahol az aldolázok  , a liázok osztályába tartozó enzimek katalizálják őket . A mechanizmus szempontjából ez a katalízis kétféleképpen megy végbe. Az I. típusú aldolázok túlnyomórészt magasabb rendű növényekben és állatokban találhatók meg. Enamin mechanizmussal fejtik ki hatásukat, melynek során az enzim lizin -maradéka enamin B -t hoz létre az aktív helyen. Az enamin ezután megtámadja az aldehidet ( C ), és létrehozza a D adduktot . Ezután hidrolízis után aldol képződik [41] [42] .

A II-es típusú aldolázok baktériumokban és gombákban találhatók, és a Zn 2+ iont használják kofaktorként . Ez az ion a homotetramer fehérje két alegysége között helyezkedik el, és aktiválja a metilén komponenst a két oxigénatommal való kétfogú koordináció és az F nukleofil endiolát képződése miatt . Az aldoláz a karbonilcsoportot is aktiválja hidrogénkötés révén . Miután az enolát megtámadja a karbonilkomponenst, a komplex lebomlik és aldol keletkezik [41] [42] .

Mind az aldol-, mind a retroaldol-reakció a szénhidrátok anyagcsere-útvonalainak részét képezi: mindkét reakció részt vehet a cukrok létrejöttében vagy elpusztításában, a sejt szükségleteitől függően. Így a glükóz bioszintézis ( glukoneogenezis ) szakaszainak sorrendje magában foglalja a nukleofilként működő dihidroxi - aceton-foszfát és a glicerinaldehid-3-foszfát ( elektrofil ) reakcióját, hogy fruktóz-1,6-difoszfátot képezzenek . Ezt a reakciót az aldoláz is katalizálja, és regioszelektív módon megy végbe , annak ellenére, hogy a szubsztrátokban rengeteg funkciós csoport található. A glikolízis során a fordított reakció megy végbe, ami lényegében retroaldol [43] [44] .

Hasonló reakció megy végbe a Krebs-ciklusban az acetil-koenzim A és az oxálacetát között citrát-szintáz enzim jelenlétében . Ebben az esetben az acetil-CoA a metilénkomponens, az oxál-acetát pedig a karbonilkomponens. Az enzim a tioéter bomlását is katalizálja, aminek következtében a reakciótermékek a citromsav és a koenzim A [44] .

Számos aldolázt, valamint hatásukat utánzó, de nagyobb szubsztrátspecifitással rendelkező antitesteket használnak az aldolkondenzáció végrehajtására enyhe, a fiziológiához közeli körülmények között [42] . Az aldolázok hatásmechanizmusa új, hasonló elven működő kis molekulatömegű katalizátorok keresését is ösztönzi, azonban továbbra is az enolát külön szakaszban történő előállítása az irányadó [41] [8] .

Alkalmazás

Az aldolreakció a természetes vegyületek szintézisének egyik legfontosabb reakciója. Ez annak köszönhető, hogy képes irányított királis központokat létrehozni. Emellett a természetes vegyületek – poliketidek  – egész osztálya tartalmaz 1,3-oxigéntartalmú fragmentumokat, így ezek szintézisében az aldolreakció kulcsszerepet játszik [45] .

Az aldol-kondenzációt butanol-1 , 2-etil-hexanol és pentaeritrit ipari szintézisében használják [1] .

Jegyzetek

Hozzászólások
  1. ↑ Wurtz és Borodin acetaldehid sósavban történő önkondenzációjával 3-hidroxibutanált szintetizáltak. Schmidt a furfurált acetaldehiddel és acetonnal kondenzálta , és ezt a reakciót később Claisen fejlesztette ki.
  2. ↑ A diaceton-alkohol szintézise acetonból ennek az eszköznek a használatához kapcsolódik . A katalizátort ( kalcium-hidroxidot ) egy hüvelybe helyezik, amelybe a forrásban lévő acetonkondenzátum áramlik. Ebben a hüvelyben az aceton és a katalizátor érintkezik, és a termék keletkezik. A hüvely kondenzátummal való feltöltése után annak teljes tartalmát visszavezetik a főlombikba, és egy új adag acetont gyűjtenek a hüvelyben. Ebben az esetben a termék nem forr el a főlombiktól (forráspontja 166 °C), és nem kerül be a hüvelybe, kikerül a reakciógömbből, aminek következtében az egyensúly a kialakulása felé tolódik el.
  3. ↑ Egyes források az eritro / treo nómenklatúrát használják a diasztereomerek relatív konfigurációjának jelzésére , ami egyértelműen megfelel a szin / anti nómenklatúrának.
Felhasznált irodalom és források
  1. ↑ 1 2 Chemical Encyclopedia, 1988 .
  2. ↑ 1 2 Organic Reactions, 1968 , p. 3-4.
  3. ↑ 12 Myers . _
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Reutov, Kurts, Butin, 2010 .
  5. ↑ Agronomov, 1990 , p. 198.
  6. ↑ Agronomov, 1990 , p. 193-198.
  7. ↑ Agronomov, 1990 , p. 200.
  8. ↑ 12 Palomo , 2004 , p. 65.
  9. ↑ Agronomov, 1990 , p. 194-195.
  10. ↑ Agronomov, 1990 , p. 201-202.
  11. ↑ 1987. március , p. 382-383.
  12. ↑ Organic Reactions, 1968 , p. négy.
  13. ↑ 1 2 Smith, Dillman, 2009 , p. 203-205.
  14. ↑ 1987. március 1. , 1. o. 381.
  15. ↑ Agronomov, 1990 , p. 189.
  16. ↑ Organic Reactions, 1968 , p. 4-7.
  17. ↑ Agronomov, 1990 , p. 192.
  18. ↑ Organic Reactions, 1968 , p. 9-10.
  19. ↑ 1 2 3 Szerves reakciók, 1968 , p. 71-75.
  20. ↑ Organic Reactions, 1968 , p. 75-76.
  21. ↑ Organic Reactions, 1968 , p. 76-77.
  22. ↑ Organic Reactions, 1968 , p. 77.
  23. ↑ 1 2 Organic Reactions, 1968 , p. 77-78.
  24. ↑ Organic Reactions, 1982 , p. 204.
  25. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 205.
  26. ↑ Clayden, 2000 , p. 698.
  27. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 205-207.
  28. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 210-212.
  29. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 212.
  30. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 212-214.
  31. ↑ 1 2 3 Smith és Dillman, 2009 , p. 214-217.
  32. ↑ Organic Reactions, 1982 , p. 207.
  33. ↑ Organic Reactions, 1982 , p. 208-209.
  34. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 217-219.
  35. ↑ 1 2 Smith, Dillman, 2009 , p. 219-221.
  36. ↑ Palomo, 2004 , p. 66.
  37. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 222-224.
  38. ↑ Palomo, 2004 , p. 71-73.
  39. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 224-226.
  40. ↑ Organic Reactions, 1968 , p. 12-13.
  41. ↑ 1 2 3 Trost, 2010 , p. 1601.
  42. ↑ 123 Dickerson , 2002 .
  43. ↑ McMurry, 2012 , p. 928-931.
  44. ↑ 12. Dewick , 2013 , p. 363.
  45. ↑ Smith, Dielman, 2009 , p. 226-230.

Irodalom

Orosz nyelvű tankönyvek és monográfiák Angol nyelvű ismertetők és oktatóanyagok Kísérleti adatok

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák