コア コンセプト
この有機化学チュートリアルでは、アルドール縮合反応の基礎、そのメカニズム、エノール中間体、クライゼン縮合について学びます。
他の記事で取り上げるトピック
- 縮合反応
- カルボニル官能基
- 求核剤
- 求電子試薬
- 酸と塩基の性質
アルドール凝縮とは?
アルドール縮合には、2 つのカルボニル含有の反応が含まれます 不飽和を形成する分子 隣接する 2 つの炭素間に C=C 二重結合を持つカルボニル分子 以下に示すように、カルボニルに。一般に、アルドール縮合には少なくとも 1 つの ケトン が含まれている必要があります。 、一方、もう一方の分子は ケトン のいずれかです またはアルデヒド 出発材料として。不飽和カルボニル生成物の構造は、反応物のカルボニルの構造に依存します。
アルドール縮合はさまざまな R 基で発生する可能性がありますが、最も一般的な反応の形態は、メチルケトンとアルデヒドが関与し、分岐していない不飽和カルボニルを形成します。
さらに、すべてのアルドール縮合は純損失をもたらします 2 つの水素と 1 つの酸素の。基本的に、この純損失は 1 つの 水 に相当します そのため、化学者はこの反応を「凝縮」と呼んでいます。
エノール中間体
エノール 分子は重要な中間体です アルドール縮合で、他の多くの有機反応で現れます。定義上、構造には C=C 二重結合が含まれます (-ene-) と隣接する アルコール (-ol)、化学者がエノール (-ene-plus-ol) と呼ぶものを形成します。
最終的に、この官能基の組み合わせは不安定になる傾向があります 、エノール基に対するカルボニル基の有利さによる。その結果、エノール分子はすぐにケト - エノール互変異性を受けます 塩基性または中性条件下で、化学者がエノラート イオンと呼ぶものを形成し、カルボニルとカルバニオンを含みます。あるいは、酸性条件はエノール分子をある程度安定させますが、エノール分子は特に反応する傾向があります.
必須のアルドール縮合メカニズム
興味深いことに、アルドール縮合は酸性条件でも塩基性条件でも起こりますが、どちらの条件下でも反応メカニズムは異なります。どちらの状態でも、両方のメカニズムに脱プロトン化が含まれます カルボニルの隣の炭素 .これは、カルボニルの電子吸引効果により、隣接する炭素の水素の酸性度が上昇するためです。どちらのメカニズムも分子 HA と B を含み、それぞれ一般的な酸と一般的な塩基を示していることに注意してください。
基本条件下でのアルドール縮合
縮合反応を開始するには、塩基が最初の分子のカルボニル基の隣の炭素を脱プロトン化し、エノラート分子を形成します。これにより、求核性炭素が作成されます 、脱プロトン化の結果として新たに解放された電子対によるものです。
第二に、求核性炭素の攻撃 酸素に二重結合している炭素の 2 番目の分子は、酸素の電気陰性度のために求電子性です。これにより、カルボニル二重結合から酸素に電子対が押し出され、陰イオンが形成されます。ただし、この酸素はすぐにプロトン化され、アルコールになります。
第三に、排除反応 酸性炭素が 2 度目に脱プロトン化され、別のカルバニオン中間体が形成される場所で発生します。自由電子対は、アルコールを運ぶ炭素と二重結合を形成し、アルコールを放出します。 .特に、化学者はこのステップを E1cB 反応と呼び、強酸脱プロトン化を特徴としています (中心炭素) と比較的貧弱な脱退グループ （アルコール）。
最後に、不飽和カルボニル生成物が形成されます。
酸性条件下でのアルドール縮合
まず、カルボニル 最初の分子の プロトン化 隣接する炭素 脱プロトンされています 、エノール分子を形成します。
次に、二重結合からの 1 つの電子対 次に攻撃 カルボニル 2 番目の分子の。これは、塩基性条件下でのメカニズムと同様に、急速にプロトン化される酸素イオンを形成します。さらに、この求核攻撃により、最初の分子のカルボニルが再形成されます。
第三に、排除反応 発生します。塩基性条件下とは異なり、このステップは主に E1 反応 によって進行します。 この経路には、強力な脱離基とカルボカチオンの形成が含まれます。最初に、新しく形成されたアルコールが 2 度目にプロトン化され、水分子の強力な脱離基が作成されます。 水の分子が離れる 、カルボカチオンが形成され、中心炭素の水素がより酸性になります。これにより、2 回目の脱プロトン化が可能になり、二重結合を形成する別の電子対が解放されます .
クライゼン凝縮
アルドール縮合の重要な例の 1 つは、クライゼン縮合です。 .具体的には、この反応にはエステルが含まれます 分子であり、塩基に従います 状態メカニズム。ただし、同じアルキル基を持つカルボキシ塩 エステルは塩基として機能する必要があるためです。これは、カルボニル分子のカルボキシ基の置換を防ぐためです。もう 1 つの重要な違いは、最終生成物が ジカルボニル であることです。
クライゼン縮合を開始するには、最初の分子のカルボニルの隣の炭素が脱プロトンされます .結果として生じるカーバニオンが攻撃します 求電子性カルボニル炭素 2 番目の分子の。その結果、C=O 結合が再形成され、カルボキシ基が排出されます。 .
次に、水中でクライゼン凝縮が起こった場合 、アルコール グループは残りのエステルを置き換えます グループ。これにより、カルボン酸基が生成されます。
しかし、このカルボン酸 分子は安定性に欠け、高温で分解します。具体的には、脱炭酸 開裂する電子の円運動を伴う 二酸化炭素を放出するカルボン酸 .得られたエノール分子はケトンに互変異性化します .脱炭酸は、多くの重要な生物学的経路で発生しますが、特にクエン酸回路で発生します。
