Kolokwium IV - Reakcje związków karbonylowych. Addycja i eliminacja.

1. Budowa alkenów i alkinów.

Alkeny – budowa cząsteczki:
W cząsteczce alkenu występuje jedno wiązanie podwójne pomiędzy atomami węgla. Charakteryzuje się ono nierównocennością obu par elektronowych tworzących wiązanie. Jedno wiązanie jest typu σ sigma - ma charakter wiązania pojedynczego w alkanach - jest trwałe, zaś drugie wiązanie typu π pi - wiązanie nietrwałe, decydujące o łatwości alkenów do ulegania reakcjom chemicznym. Atomy węgla przybierają hybrydyzację trygonalną sp2 ( wiązanie podwójne). Brak rotacji dookoła wiązania C=C. Przy wiązaniu podwójnym tworzą płaskie struktury. W miejscach nasyconych tworzą rozbudowane przestrzennie łańcuchy proste lub rozgałęzione.

Alkiny – budowa cząsteczki:
Alkiny to węglowodory zawierające w swojej cząsteczce jedno potrójne wiązanie Tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym C_nH_2n-2. Charakterystyka potrójnego wiązania typ: jedno wiązanie σ i dwa π długość: 120 pm. We fragmencie cząsteczki, w którym znajduje się wiązanie potrójne zachowana jest budowa liniowa.

2. Budowa i właściwości kwasowo-zasadowe aldehydów i ketonów.
Aldehydy i ketony są bardzo słabymi zasadami.
Grupa karbonylowa ma właściwości zasadowe, bo może przyłączać proton z powodu obecności wolnych par elektronów przy atomie tlenu.
Przyłączenie protonu do atomu tlenu w grupie karbonylowej prowadzi do utworzenia jonu oksoniowego, którego ładunek jest rozproszony na atomy tlenu i węgla. Struktury rezonansowe pokazują, że jony te są jednocześnie jonami oksoniowymi i karbokationami. Rozproszenie ładunku obniża energię i znacznie ułatwia postawanie karbonylowych jonów oksoniowych.
Kwasowe własności aldehydów i ketonów.
Odłączenie protony od atomu wodoru w położeniu α względem grupy karbonylowej wytwarza aniony o zdelokalizowanym ładunku ujemnym, który znajduje się jednocześnie przy karbonylowym atomie tlenu i przy atomie węgla w położeniu α. Aniony te są zatem anionami enoli i jednocześnie karboanionami. Nazywamy jest potocznie anionami enolanowymi. Przyczyna kwasowości związków karbonylowych tkwi w tym, że delokalizacja ładunku obniża energię anionów enolanowych i przez to ułatwia ich powstawanie.

3. Budowa i trwałość karboanionów.
Karbokation – kation, w którym elektryczny ładunek dodatni jest zlokalizowany na jednym lub kilku atomach węgla. Karbokationy, podobnie jak rodniki alkilowe, mogą być pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowe. Budowa karbokaionu jest płaska (sp²)

Trwałość i łatwość powstawania karbokationów wzrastają ze wzrostem ich rzędowości.

Przyłączanie kwasów do alkenów zachodzi w kierunku powstawania karbokationów o wyższej rzędowości.

4. Reakcje przyłączania (addycji) elektrofilowego: mechanizm, stereochemia, przykłady. Reguła Markownikowa i jej wyjątki.

Przyłączenie kwasów do alkenów jest reakcją addycji elektrofilowej. Nazwa addycji elektrofilowej oznacza reakcje addycji, których pierwszym etapem jest przyłączenie elektrofila.
Przyłączenie kwasów do alkenów jest reakcją dwuetapową. W pierwszym etapie do jednego z atomów węgla przyłącza się proton a jednocześnie przy sąsiednim atomie węgla pojawia się ładunek dodatni, a więc powstaje karbokation. W drugim etapie karbokation łączy się z anionem kwasu. Mechanizm przyłączania kwasów HX do etylenu przedstawiają zatem następujące reakcje:

CH₂ = CH₂ + H⁺ → CH₃CH₂⁺ w tej reakcji elektrofilem jest jon wodorowy

CH₃CH₂ + X⁻ → CH₃CH₂X w tej reakcji anion kwasu jest nukleofilem

Reguła Markownikowa wynika z mechanizmu addycji elektrofilowej.
Kierunek addycji kwasów zostaje zdeterminowany z chwilą utworzenia karbokationu. W przypadku addycji do propenu mogłyby powstać dwa karbokationy, pierwszorzędowy i drugorzędowy. Zgodność kierunku reakcji z regułą Markownikowa oznacza, że powstaje tylko karbokation drugorzędowy.

Reguła Markownikowa nie jest zawsze spełniona dla wszystkich reakcji addycji do wiązania -C=C-. Ściśle biorąc, jest ona spełniona tylko wtedy, gdy reakcja ta zachodzi poprzez mechanizm jonowy, jednocząsteczkowy (Ae1). Gdy reakcja ta przebiega wg innego mechanizmu, często dochodzi do przyłączenia niezgodnie z regułą Markownikowa – mówi się wtedy o addycji "antymarko-wnikowskiej". Przykładem takiej reakcji jest np. addycja wodorosilanów (HSiR3) do alkenów:

5. Reakcje eliminacji: mechanizmy E1 i E2, stereochemia, przykłady. Reguła Hoffmana.
Eliminacja − reakcja chemiczna, w wyniku której z cząsteczki usuwane (eliminowane) są atomy lub grupy atomów, bez jednoczesnego przyłączenia się innych atomów lub grup.

Efektem eliminacji jest powstanie nowego wiązania między atomami pozostającymi w związku po reakcji na skutek:

• utworzenia wiązania π (zwiększenia krotności wiązań)

• cyklizacji cząsteczki

Typowym przykładem eliminacji w chemii organicznej jest oderwanie pary podstawników (np. cząsteczki wodoru H−H, chlorowodoru H−Cl, chloru Cl−Cl, wody H−OH itd.), co prowadzi do utworzenia dodatkowego wiązania π między atomami węgla i zwiększa stopień nienasycenia w cząsteczce. Reakcja eliminacji umożliwia otrzymywanie produktów bardziej nienasyconych. Produktami reakcji eliminacji mogą być alkeny bądź alkiny. W większości przypadków eliminacja biegnie zgodnie z regułą Zajcewa, choć znanych jest wiele przykładów, gdzie głównym produktem reakcji eliminacji jest alken o wiązaniu podwójnym przy mniej podstawionym atomie węgla. Wyjątki te dotyczą zgodnie z regułą Hoffmana zasad posiadających duże zawady steryczne np. tert-butanolan potasu, a także eliminacji w podstawionych cykloalkanach jak na przykład eliminacja mentolu.

Eliminacja może być katalizowana kwasem lub zasadą, a także przebiegać spontanicznie lub pod wpływem czynników środowiskowych (światła, ciepła itp.).

Mechanizm E1

Reakcja dwuetapowa. Podczas pierwszego etapu powstaje karbokation w wyniku heterolitycznej dysocjacji wiązania, w drugim etapie zasada odrywa proton od sąsiadującego z karbokationem atomu węgla.

Mechanizm E2

Reakcja przebiega w jednym etapie, podczas którego zasada odrywa proton i odchodzi grupa opuszczająca.

Kinetyka reakcji

E1

Etapem determinującym (rds z ang. Rate-determining step) szybkość reakcji (v) eliminacji E1 jest etap pierwszy, w którym powstaje karbokation jako produkt przejściowy. Etap drugi tej reakcji przebiega stosunkowo szybko, gdyż karbokationy są z reguły nietrwałe, dlatego reakcja dąży do utworzenia termodynamicznie trwalszego produktu.

Zgodnie z równaniem reakcji:

R1R2HC−CR3R4X → R1R2HC−C+R3R4 + X−

eliminacja E1 jest reakcją pierwszego rzędu:

v = k[R1R2HC−CR3R4X]

E2

Etapem determinującym (rds) szybkość reakcji (v) eliminacji E2 jest również etap pierwszy. Jednak w eliminacji E2 w etapie determinującym v udział biorą dwie cząsteczki zgodnie z równaniem:

B + HR1R2C−CR3R4X → B····H····(R1R2)C⎓C(R3R4)····X

dlatego jest to reakcja drugiego rzędu:

v = k[R1R2HC−CR3R4X] [B]

Warunki reakcji

Reakcja E1 zachodzi głównie dla trzeciorzędowych halogenków alkilowych w roztworach o niskim stężeniu zasady. Z kolei reakcja E2 zachodzi głównie w procesach dehydrohalogenacji (−HX) i wymaga dużego stężenia zasady.

6. Cykloaddycja: mechanizm, trwałość pierścieni. Reakcje Dielsa-Aldera.

Cykloaddycja - grupa reakcji chemicznych zaliczanych do tzw. procesów pericyklicznych, tzn. takich, w których utworzenie cząsteczki produktu następuje w konsekwencji kołowego przesunięcia p-elektronów w obrębie umownego lub realnego fragmentu cyklicznego.

W zależności od liczby atomów wnoszonych przez addenty do powstającego pierścienia wyróżniamy m.in

[2+2] cykloaddycję (np. dimeryzacja tetrafluoroetylenu)

[2+3] cykloaddycję (np. reakcje nitronów z olefinami)

[2+4] cykloaddycję czyli reakcję Dielsa-Aldera (np. reakcje dienów z olefinami)

[3+4] cykloaddycję (np. reakcje tlenków imin z dienami)

Ze względu na symetrię orbitali, cykloaddycje, w których kołowemu przesunięciu ulega 4n elektronów są procesami dwustopniowymi. Z kolei cykloaddycje, w których kołowemu przesunięciu ulega 4n+2 elektronów są procesami jednostopniowymi czyli tzw. "uzgodnionymi" lub skoordynowanymi. Od tego ostatniego scenariusza istnieją jednak wyjątki.

Mechanizm reakcji:
Główny podział reakcji cykloaddycji opiera się na czynnikach fizycznych umożliwiających zajście reakcji. Bazując na tym kryterium wyróżnia się reakcję aktywowane termicznie oraz fotochemicznie (z reguły przez promieniowanie ultrafioletowe). W przypadku cykloaddycji aktywowanych termicznie substraty posiadają zazwyczaj (4+2) elektronów na orbitalach π (w tym przypadku n jest niedużą liczbą naturalną). Taka liczba elektronów narzucona jest przez określoną symetrię orbitali w substratach. Większość reakcji cykloaddycji zachodzi wedle antarafacjalno - antarafacjalnego lub suprafacjalno -suprafacjalnego wzajemnego ustawienia reagujących cząsteczek. Istnieją jednakże indukowane termicznie cykloaddycje, w których bierze udział 4n elektronów π (przykładem może być [2 + 2] cykloaddycja). Procesy te zachodzą poprzez suprafacjalno - antarafacjalne ustawienie reagentów. Jednym z częściej spotykanych typów takiej reakcji jest dimeryzacja ketenów lub pokrewnych im związków zawierających skumulowane wiązanie podwójne.

Cykloaddycje, w których bierze udział 4n elektronów п są zazwyczaj aktywowane na drodze fotochemicznej. W tym przypadku, na skutek absorpcji kwantu światła o odpowiednio wysokiej energii w jednym z substratów zachodzi promocja elektronu z orbitalu HOMO na orbital LUMO. Reguły symetrii orbitali nakazują by reakcje tego typu zachodziły w orientacji suprafacjalno-suprafacjalnej, przykładem takiego procesu może być dimeryzacja kwasu cynamonowego, prowadząca do powstania związku zawierającego niestabilny pierścień cyklobutanowy:

Obecnie reakcje cykloaddycji są najbardziej uniwersalną metodą syntezy rozlicznych karbo- i heterocyklicznych połączeń. Reakcja Dielsa-Aldera jest uważana za jedną z najważniejszych reakcji w chemii organicznej. Za jej pomocą możliwe jest łatwe syntezowanie układów zawierających jeden lub więcej pierścieni alifatycznych, ponadto obecnie istnieje wiele stereoselektywnych wariantów tej reakcji umożliwiających wydajną syntezę określonego stereoizomeru danego związku.

Reakcja Dielsa-Aldera:
Reakcja Dielsa-Aldera - reakcja chemiczna polegająca na skoordynowanej cykloaddycji podstawionego alkenu do sprzężonego dienu. Produktem tej reakcji jest węglowodór cykliczny (np. cykloheksen). Reakcja ta w podwyższonych temperaturach, w fazie gazowej zachodzi spontanicznie bez potrzeby stosowania katalizatorów.

Przebieg reakcji
Reakcja ta zaliczana jest do szerszej grupy procesów chemicznych, nazywanych reakcjami pericyklicznymi. Typ reakcji pericyklicznej, w którym dochodzi do powstania pierścienia to cykloaddycja. Istnieje wiele rodzajów cykloaddycji, jednym z najbardziej rozpowszechnionych typów (do których należy m.in. reakcja Dielsa-Aldera) to cyckloaddycje [4 + 2], których kluczowym etapem jest skoordynowanie nakładanie się dwóch orbitali π jednego substratu i czterech orbitali π drugiego. Reakcje te są względnie łatwe do przeprowadzenia, ze względu na to, że ich stan przejściowy jest tworzony przez układ sześciu elektronów π które tworzą przejściowo strukturę aromatyczną, która obniża energię aktywacji całego procesu. W porównaniu z nimi reakcje cykloaddycji 2+2 (dwóch alkenów) i 4+4 (dwóch dienów) zachodzą znacznie trudniej z powodu braku możliwości tworzenia się układów aromatycznych w kluczowym etapie.

Dien
W reakcji mogą brać udział dieny o różnorodnym szkielecie węglowym, zarówno cyklicznym jak i acyklicznym, większość grup funkcyjnych nie przeszkadza w przebiegu reakcji. Jedynym poważnym ograniczenie stereochemicznym jest konieczność występowania dienu w konformacji s-cis. Z tego powodu związki występujące permanentnie w tej konformacji, takie jak dieny cykliczne są wyjątkowo reaktywne.

Dienofil
Typowe dienofile biorące udział w reakcji DA posiadają co najmniej jedną grupę wyciągającą elektrony sprzężoną z alkenem. Ponadto aktywny dienofil powinien mieć wiązanie podwójne sprzężone przykładowo z grupą karbonylową lub układem aromatycznym. Mniej aktywne dienofile mogą zostać aktywowane przez kwas Lewisa np pentachlorek niobu (NbCl5) lub chlorek cynku (ZnCl2). Ponadto możliwe jest wykorzystanie dienofilów zawierających heteroatomy takich jak tioketony i selenoketony. Iminy stanowią substraty w reakcja Aza Dielsa-Aldera, natomiast grupa karbonylowa bierze udział w reakcji Okso Dielsa-Aldera.

Stereochemia reakcji:
W przypadku asymetrycznie podstawionych dienów i dienofili preferowane jest podstawienie w pozycji -para i -orto względem pozycji -meta. Nazwy tych położeń stanowią nawiązanie do orientacji podstawników w pierścieniu aromatycznym benzenu. W wielu przypadkach preferencje względem wzajemnej pozycji reagentów mogą zostać wytłumaczone przy użyciu teorii orbitali granicznych. Najczęściej dien posiada grupę oddającą elektrony natomiast dienofil posiada grupę wyciągającą elektrony. Najsilniejsze interakcje pomiędzy orbitalami reagentów występują w przypadku orbitalu HOMO dienu i orbitalu LUMO dienofila. Atomy węgla mające największy udział w tych orbitalach granicznych będą formowały nowe wiązania i miały decydujący wpływ na strukturę powstającego produktu.

Ponadto duże znaczenie mają ładunki cząstkowe zlokalizowane na określonych atomach węgla reagentów. W większości przypadków atomy węgla posiadające ładunki o przeciwnych znakach przyciągają się wzajemnie, determinując tym samym geometrię produktu.

7. Przyłączania nukleofilowe:

Enolizacja i równowagi keto-enolowe:
Enole są związkami bardzo nietrwałymi, które praktycznie same nie istnieją, lecz zawsze występują w równowadze z odpowiednimi ketonami lub aldehydami. Stan taki jest nazywany równowagą ketonowo−enolową, a sam proces przekształcania ketonu lub aldehydu w enol nazywa się enolizacją.
Enolizacja jest jednym z przykładów tautomerii.

Tautomeria keto−enolowa (enolizacja):
Atom wodoru (H) przyłączony do atomu węgla (C) (w formie ketonowej) migruje na atom tlenu (O), na skutek czego grupa karbonylowa zostaje przekształcona w grupę hydroksylową i tworzy się podwójne wiązanie węgiel-węgiel (C=C). Zgodnie z zasadą, że trwalszy jest związek, w którym labilny atom wodoru znajduje się przy węglu, powstający enol występuje zazwyczaj w równowadze w znacznie mniejszym stężeniu niż wyjściowy keton.

Reakcje związków Grignarda:
Reakcja Grignarda – reakcja chemiczna stosowana powszechnie w chemii organicznej, w której związek metaloorganiczny o ogólnym wzorze RMgX (X = Chlor, Brom, Jod, R = grupa alkilowa) reaguje z dowolnym związkiem o własnościach elektrofilowych. Wspomniane związki metaloorganiczne to tzw. związki Grignarda. Reakcja ta została odkryta przez Victora Grignarda.

Związki Grignarda jako niezwykle reaktywne ulegają addycji elektrofilowej do w zasadzie każdego związku zawierającego wiązanie podwójne między węglem, a innym heteroatomem, włączając w to związki karbonylowe, iminy i nitryle. Nie reagują natomiast ze związkami aromatycznymi.

Mechanizm reakcji:
Ogólny schemat reakcji:

A=CR1R2 + R3MgX → X-Mg-A-CR1R2R3

gdzie R = to dowolna grupa alkilowa lub alkoksylowa, X = atom halogenu, A = dowolny heteroatom (np: tlen, azot, krzem, siarka, fosfor)

Schemat reakcji na przykładzie związku z grupą karbonylową:

Addycja związku magnezoorganicznego do grupy karbonylowej przebiega zazwyczaj poprzez stan przejściowy o strukturze 6- członowego pierścienia:

Jednakże w przypadku związków magnezoorganicznych o dużej zawadzie przestrzennej możliwy jest także mechanizm oparty na transferze pojedynczego elektronu. Powstały związek przejściowy jest dość silna zasadą. Zobojętnia się go za pomocą dowolnego silniejszego kwasu, np. wody:

X-Mg-A-CR1R2R3 + H2O → HA-CR1R2R3 + Mg(OH)X

Związki Grignarda są w istocie bardzo silnymi zasadami (znacznie silniejszymi od NaOH). Można je również traktować jako sole bardzo słabych kwasów alkanów. Dlatego też reagują one z wodą jak silna zasada z silnym kwasem w wyniku którego uwalniany jest alkan:

RMgX + H2O → RH + MgX(OH)

Rekcję te wykorzystuje się do otrzymywania deuterowanych i trytowanych odczynników:

RMgX + D2O → RD + MgX(OD)

Reakcje związków karbonylowych z alkoholami, aminami i wodą
Addycja wody – otrzymywanie wodzianów

Charakterystyczne dla chemii związków karbonylowych są reakcje addycji do wiązania podwójnego grupy karbonylowej różnych reagentów. Najprostszym przykładem jest reakcja addycji cząsteczki wody, zachodząca jako proces równowagowy w wodnych roztworach aldehydów czy ketonów:

Otrzymanych wodzianów wyodrębnić w stanie czystym nie można poza nielicznymi przypadkami, w których obecność dwóch grup hydroksylowych przy jednym atomie węgla jest stabilizowana poprzez silnie elektroujemny podstawnik w bezpośrednim sąsiedztwie grupy karbonylowej. Należy do nich wodzian chloralu – związek znajdujący zastosowanie w weterynarii jako środek usypiający:

Reakcja związków karbonylowych z alkoholami.

Związki karbonylowe reagują z alkoholami podobnie jak z wodą, przyłączając cząsteczkę alkoholu do wiązania podwójnego zgodnie z rozkładem ładunku w grupie karbonylowej:

Powstały produkt nosi nazwę hemiacetal (jeśli wyjściowym związkiem karbonylowym był aldehyd) lub hemiketal – jeśli powstał z ketonu. Reakcja powyższa jest procesem odwracalnym, katalizowanym zarówno przez kwasy, jak i zasady. W środowisku kwaśnym możliwa jest dalsza reakcja hemiacetali czy hemiketali z alkoholem prowadząca do powstania acetalu lub ketalu:

Reakcja ta jest reakcją substytucji nukleofilowej przy karbonylowym atomie węgla – w miejsce grupy OH hemiacetalu czy hemiketalu wchodzi reszta OR alkoholu. Proces ten ma bardzo duże znaczenie w chemii cukrów, gdzie jest odpowiedzialny za tworzenie się pierścieniowych form cukrów i powstawanie wiązań pomiędzy jednostkami cukrowymi w oligo i polisacharydach. W syntezie organicznej duże znaczenie ma tworzenie się pierścieniowych acetali czy ketali, co jest wykorzystywane jako ochrona grupy karbonylowej w przypadku, kiedy trzeba wykonać reakcję w innym miejscu cząsteczki bez naruszenia grupy karbonylowej związku. Pierścieniowe acetale bądź ketale powstają w wyniku reakcji związku karbonylowego i odpowiedniego diolu (najłatwiej powstają pierścienie 5-cio i 6-cio członowe) w środowisku kwaśnym:

Powstałe pierścieniowe acetale lub ketale łatwo ulegają hydrolizie w środowisku kwaśnym, natomiast są stabilne w środowisku zasadowym, zatem ochrona grupy karbonylowej poprzez przeprowadzenie jej w pierścieniowy acetal lub ketal jest skuteczna w reakcjach substytucji nukleofilowej czy utlenienia przebiegających w środowisku zasadowym, czy obojętnym.

Azotowe pochodne aldehydów i ketonów – reakcja ze związkami posiadającymi grupę NH2

Kolejnym przykładem addycji nukleofilowej do grupy karbonylowej aldehydów i ketonów jest reakcja tych związków z aminami I-rzędowymi:

Powstały w pierwszym etapie reakcji aminoalkohol jest związkiem nietrwałym, ulegającym natychmiastowej dehydratacji z utworzeniem iminy. Oprócz amin I-rzędowych w reakcji tej często stosuje się różne pochodne hydrazyny (H2N-NH2) otrzymując szereg połączeń azotowych aldehydów i ketonów:

Hydrazony i oksymy znajdują zastosowanie w syntezie organicznej, natomiast fenylohydrazony, 2,4-dinitrofenylohydrazony i semikarbazony związków karbonylowych służą jako tzw. stałe pochodne w analizie aldehydów i ketonów.

Reakcja związków karbonylowych z aminami II-rzędowymi – otrzymywanie enamin Aminy drugorzędowe również mogą być substratami w reakcji addycji do grupy karbonylowej, jednakże ze względu na obecność jedynie jednego atomu wodoru w grupie NH, eliminacja cząsteczki wody nie jest możliwa w sposób, w jaki zachodzi ona w reakcji związków karbonylowych z aminami I-rzędowymi. Aby mógł powstać trwały produkt reakcji pomiędzy aldehydem czy ketonem a aminą II-rzędową (układy, w których przy jednym atomie węgla obecne są dwa silne elektroujemne podstawniki, takie jak np. grupy OH, NR2 są układami nietrwałymi) konieczna jest eliminacja cząsteczki wody z udziałem protonu związanego z α atomem węgla związku karbonylowego:

W wyniku reakcji powstaje układ, w którym trzeciorzędowa grupa aminowa jest związana z atomem węgla stojącym przy wiązaniu podwójnym – enamina. Warunkiem koniecznym, aby możliwa była reakcja związku karbonylowego z aminą II-rzędową jest zatem obecność atomu wodoru w pozycji α związku karbonylowego.

8. Reakcje związków karbonylowych z udziałem wodoru α:

Kondensacja aldolowa
Kondensacja aldolowa to reakcja chemiczna powstawania aldolu, czyli aldehydu z grupą hydroksylową (aldehydoalkoholu) z dwóch aldehydów, z których jeden musi posiadać przynajmniej jeden atom wodoru przy atomie węgla α, czyli tym bezpośrednio związanym z grupą -CHO. Powstające aldole to tzw. β-aldole (albo 3-aldole), bo grupa hydroksylowa znajduje się przy trzecim atomie węgla, licząc od grupy aldehydowej -CHO. Produkt reakcji najczęściej łatwo ulega dehydratacji z wytworzeniem wiązania podwójnego. Ma to miejsce zwłaszcza wtedy, gdy jeden z reagentów zajmuje dużą objętość w pobliżu grupy hydroksylowej. Często dehydratacja jest na tyle uprzywilejowana, że trudno jest zatrzymać reakcję na etapie aldolu.

Reakcję przeprowadza się najczęściej w środowisku zasadowym.

Jeden lub oba substraty mogą być również ketonami. Ketony wykazują jednak najczęściej niższą reaktywność od aldehydów. Gdy powstający związek jest ketonoaldehydem (ketalem) reakcję czasem nazywa się formalnie kondensacją ketalową.

W szczególnym wypadku dwa substraty mogą stanowić ten sam związek – reakcję nazywa się wtedy dimeryzacją aldolową.

Kondensacja Claisena
Kondensacja Claisena – reakcja chemiczna, w której estry ulegają acylowaniu związkami karbonylowymi. Reakcja pomiędzy dwiema cząsteczkami estru prowadzi do utworzenia β-ketoestru, natomiast w reakcji estru z innym związkiem karbonylowym powstają β-diketony bądź β-oksoaldehydy.
Przynajmniej jeden z substratów reakcji musi podlegać enolizacji oraz posiadać dwa protony przy atomie węgla w położeniu α do grupy karbonylowej (tzw. α-protony). Odłączenie pierwszego protonu prowadzi do powstania karboanionu stabilizowanego rezonansem, a odłączenie drugiego protonu, w przebiegu nieodwracalnej reakcji, pozwala na przesunięcie równowagi reakcji w kierunku tworzenia się stabilnego jonu enolanowego.

Stosowana zasada nie może ulegać substytucji nukleofilowej lub addycji do karbonylowego atomu węgla. Do często stosowanych w tej reakcji zasad należą alkoholany np. etanolan sodu. By zapobiec wystąpieniu niekorzystnej transestryfikacji, wybiera się alkoholan tożsamy z odchodzącą grupą alkoksylową. Stosuje się równoważną molowo ilość alkoholanu, a nie ilość katalityczną, gdyż utworzenie anionu enolanowego zachodzi tylko, gdy alkoholan zostanie podany w ilości gwarantującej usunięcie obu α-protonów. W mieszanej kondensacji Claisena jako zasady można użyć diizopropyloamidku litu (LDA). Podczas kondensacji estrów o rozgałęzionym łańcuchu węglowym niezbędne jest zastosowanie silniejszej zasady, np. trifenylometylosodu lub wodorku sodu.

Grupa alkoksylowa estru poddawanego kondensacji powinna być grupą łatwo opuszczającą o niewielkiej masie cząsteczkowej. Najlepiej opuszczającą powstały addukt grupą jest grupa metoksylowa lub etoksylowa.

Przykładem kondensacji Claisena jest synteza acetylooctanu etylu (2) z octanu etylu (1); produktem ubocznym jest etanol (3):

M

E

C

H

A

N

I

Z

M

Kondensacja Perkina
Kondensacja Perkina (reakcja Perkina) - reakcja kondensacji aldehydu aromatycznego z bezwodnikiem kwasowym w obecności octanu sodu, prowadząca do utworzenia α,β-nienasyconego kwasu karboksylowego (np. kwasu cynamonowego i jego pochodnych).

Reakcja jest katalizowana solami sodowymi lub potasowymi kwasu karboksylowego odpowiadającego użytemu bezwodnikowi. Reakcja przebiega według mechanizmu kondensacji aldolowej. Bierze w niej udział grupa karbonylowa aldehydu oraz aktywna grupa metylenowa bezwodnika. Rola katalizatora zasadowego (anionu octanowego lub trietyloaminy) polega na wytworzeniu anionu z reagentu z aktywnym wodorem, czyli na oderwaniu protonu od bezwodnika.

Mechanizm:
Anion octanowy (CH3COO–) odrywa proton grupy CH3 cząsteczki bezwodnika octowego (tzw. α-proton) tworząc kwas octowy (CH3COOH) oraz formę enolową tego bezwodnika. Choć równowaga tej reakcji przesunięta jest silnie w przeciwnym kierunku (co nie zostało zaznaczone na poniższym rysunku), gdyż enole są związkami nietrwałymi, to jednak ich tworzenie się jest możliwe. Następnie zachodzi atak nukleofilowy elektronów wiązania п enolu na karbonylowy atom węgla aldehydu. Powstający produkt pośredni ulega wewnątrzcząsteczkowemu przegrupowaniu. Dalszy etap obejmuje reakcję tego produktu pośredniego albo z cząsteczką bezwodnika octowego (zwykle jest go nadmiar) albo z cząsteczką kwasu octowego, która powstała w pierwszym etapie. Nie jest jednoznacznie określone, który z mechanizmów jest bardziej poprawny, dlatego oba są stosowane. Powstający w tym etapie addukt ulega enolizacji i ostatecznie odejściu cząsteczki kwasu octowego. W obu przypadkach produktem końcowym jest α,β-nienasycony kwas karboksylowy.

Kondensacja Knoevenagla:

Kondensacja Knoevenagla – reakcja chemiczna między związkami karbonylowymi, a w szczególności aldehydami i estrami kwasu malonowego, prowadząca do związków nienasyconych.

Kondensacja ta jest podobna reakcji Doebnera. Reakcja Knoevenagela jest katalizowana przez aminy. Mechanizm tej reakcji polega na przyłączeniu anionu estru do grupy karbonylowej, po czym następuje eliminacja anionu hydroksylowego, podobnie jak w kondensacji aldolowej.

INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ:

Dibenzylidenoaceton:

Próba jodoformowa:

Połączenie bisulfitowe:

Otrzymywanie fenylohydrazonu:

Bromowanie enolu:

Google nie wiedzą.