Р. Я. ЛЕВИНА, | В. Р. СКВАРЧЕНКО,
Ю. С. ШАБАРОВ
Практические
работы
по органической
химии
ВЫПУСК V
ДОПУЩЕНО МИНИСТЕРСТВОМ ВЫСШЕГО
И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР
В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ
ХИМИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ВУЗОВ
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
1978
УДК 547.1
Рецензенты:
кафедра органической химии Московского государственного
педагогического института нм. В. И. Ленина;
проф. Ю. И. Бауков
[ Левина Р. Я., I Скварченко В. Р., Шабаров Ю. С.
Практические работы по органической химии,
вып. V. Учебное пособие. М., Изд-во Моск, ун-та,
1978.
248 с. с. ил.
Настоящий выпуск учебного пособия — продолжение серии
«Практические работы по органической химии», издание которой
было начато проф. Ю. К- Юрьевым в 1957 г. (последний том вы-
шел в 1969 г.). В книге описаны синтетические методы, широко
используемые в современной органической химии, с которыми
в соответствии с действующей программой знакомятся студеиты-
химнки в ходе выполнения практикума по органической химии.
Представленный материал, не претендующий на полноту изложе-
ния, может быть использован при подготовке коллоквиумов по со-
ответствующим темам. В пособии две части: реакция диенового
синтеза и реакции конденсации с участием карбонильных соеди-
нений; приведены примеры синтезов с помощью описываемых ме-
тодов по оригинальным методикам, проверенным в практикуме орга-
нической хнмин и отсутствующим в доступных руководствах.
Л	 72-77
077(021-78
(С) Издательство Московского университета, 1978 г.
Часть I
Диеновый
синтез
ВВЕДЕНИЕ
Многие алициклические и гетероциклические соединения могут
быть получены из непредельных соединений алифатического ряда
так называемыми реакциями циклоприсоединения, которые отли-
чаются тем, что они, во-первых, никогда не сопровождаются от-
щеплением каких-либо молекул или частиц, во-вторых, в возни-
кающей циклической системе сохраняются связи, содержавшиеся
в исходных компонентах, а новые о-связи образуются обычно за
счет л-связей исходных олефинов и, в-третьих, получающиеся
циклические соединения являются конечными (а не промежуточ-
ными) веществами. Циклоприсоединение может осуществляться
по различным схемам и в зависимости от этого приводить к трех-,
четырех-, пяти-, шести-, семичленным и другим циклам.
Наиболее распространены реакции циклоприсоединения, проте-
кающие с образованием двух новых о-связей. При классификации
таких реакций учитывают число атомов, вносимых в образующееся
кольцо каждым из компонентов, и размеры возникающего цикла
либо число л-связей в исходном и возникающие о-связи в конеч-
ном соединении.
Так, например, взаимодействие галоидкарбенов с олефинами,
приводящее к трехчленным циклам, классифицируют как 14-2->3-
либо л->2о-циклоприсоединение (иногда прибегают к более ста-
рой классификации с нумерацией углеродных атомов лишь в при-
соединяющемся к этиленовому соединению компоненте; по этой
номенклатуре рассматриваемое циклоприсоединение обозначают
как 1,1-циклоприсоединение):
(СН8)2С	Р1^2
II 4- • Cdz -** С12-(СН8)2
(СН8)2С дихлор- 1,1-дихлортетра-
карбен метилциклопро-
пан
3
Образование замещенных циклобутана при термической или
фотохимической димеризации олефинов протекает по схеме
2+2-М-, или 2 Я-+-2 о-циклоприсоединения (1,2-циклоприсоедине-
ние), например:
F2C CF2 200* F2C — cf2
II + II —> | I
ClaC CC12	ClaC—CCla
тетрафтортетрахлорциклобутан
Некоторые пятичленные гетероциклические соединения образуются
присоединением к олефинам систем из трех атомов, между кото-
рыми распределено четыре л-электрона. Такими системами, назы-
ваемыми 1,3-диполями, являются, например, диазометан, диазо-
уксусный эфир, фенилазид и другие,- а их реакции с олефинами
(диполярофилами) называют 1,3-диполярным циклоприсоедине-
нием и классифицируют как 3+2->5-циклоприсоединение
ROOC—CH—CHCOOR
rooc-<!:h Ji
ROOCCjH—С
—*~ROOCCH Ji
COOR
Присоединение к этиленам (или ацетиленам) диеновой системы
с сопряженными связями осуществляется по схеме 2+4->6- или
2л->2ст-циклоприсоединения (1,4 соответственно). Эта реакция,
приводящая к соединениям с шестичленным ненасыщенным цик-
лом, широко известна как реакция диенового синтеза
Компонент диенового синтеза, содержащий сопряженную диено-
вую систему, называют диеном-, в структуре второго компонента —
диенофила — всегда присутствует кратная связь (двойная или
тройная углерод-углеродная >С=С< или —С^С—, углерод-
кислородная >С=О, азот-углеродная —C^N, азот-азотная
—N=N— или азот-кислородная —N=O)
4
Из схем видно, что в результате диенового синтеза образуются
непредельные шестичленные карбоциклические или гетероцикли-
ческие (с одним или двумя гетероатомами) системы, которые в
этом случае называют аддуктами диенового синтеза. Диеновый
синтез, открытый в 1928 г. и изученный немецкими химиками
О. Дильсом и К. Альдерам, является одним из весьма важных син-
тетических методов органической химии. Во многих случаях эта
реакция оказывается единственной, с помощью которой удается
синтезировать моно- и полициклические мостиковые системы, со-
ставляющие основу многих природных соединений (бициклических
терпенов), например:
Соединение I имеет бициклическую структуру, в которой циклогек-
сеновое кольцо содержит в положении 1,4 так называемый «эндо-
метиленовый» мостик, а соединение II — ондоэтиленовый» мостик
в том же положении. Веществами природного происхождения мос-
тиковой структуры являются, например, борнеол и камфора
5
борнеол
камфора
Диеновый синтез протекает со стереохимической направленно-
стью, поэтому его используют в синтезе природных соединений
определенной пространственной конфигурации; так, он был при-
менен при синтезе шикимовой кислоты, иохимбина, резерпина, не-
которых стеринов и гормонов. Многие из аддуктов диенового син-
теза и продукты их дальнейшего превращения оказались веще-
ствами физиологически активными, обладающими антиконвуль-
сивным, снотворным, инсектицидным, гербицидным, репеллентным
и другими действиями. Поэтому получение некоторых аддуктов
диенового синтеза осуществлялось в промышленных масштабах
(например, получение альдрина и дильдрина, см. далее) и описано
в патентах. Наконец, диеновым синтезом были получены соедине-
ния, ранее не известного строения, которые в свою очередь явились
объектами дальнейших интересных исследований, например:
баррелей	бицикло [2. 2. 0|-гексадиен, или
дьюаровский бензол
В последние годы реакцию диенового синтеза используют так-
же с целью получения полимерных соединений.
Таким образом, в настоящее время диеновый синтез является
одной из важнейших синтетических реакций, имеющих широкое и
разнообразное применение.
ГЛАВА I
Диеновый синтез
(реакция Дильса — Альдера)
Условия реакции диенового синтеза. В зависимости от особен-
ностей строения и физических свойств исходных компонентов дие-
новый синтез протекает с различной скоростью и поэтому осуще-
ствляется в различных условиях. Многие диены и диенофилы
6
взаимодействуют друг с другом уже при комнатной температуре
или умеренном нагревании, образуя аддукты почти с количествен-
ным выходом. Так, циклопентадиен реагирует количественно с
малеиновым ангидридом при встряхивании бензольного раствора
в колбе с обратным холодильником; реакция сопровождается вы-
делением тепла
Иногда диеновый синтез осуществляют сплавлением твердых ве-
ществ, но чаще всего его проводят при нагревании в различных
инертных растворителях, которые обычно играют роль простых
разбавителей, поскольку их природа, как правило, существенно
не сказывается на скорости протекающих процессов. В качестве
растворителей используют эфир, бензол и другие ароматические,
алифатические или алициклические предельные углеводороды —
гексан, изооктан, декалин, циклогексан, а также спирт, ацетон,
уксусную кислоту, а иногда и воду. В некоторых случаях для по-
вышения температуры реакции применяют высококипящие веще-
ства, такие, как анизол, о-дихлорбензол, нитробензол (при приме-
нении последнего образующиеся аддукты могут подвергаться
дегидрированию, что приводит к производным ароматического ря-
да), рафинированное минеральное или силиконовое масло.
Диеновый синтез проводят как в жидкой, так и в газовой фа-
зе, при атмосферном давлении или при нагревании в автоклаве.
Поскольку эта конденсация сопровождается уменьшением объема
реакционной массы, то повышение давления, как правило, уско-
ряет диеновый синтез. Например, при нагревании нафталина с
малеиновым ангидридом (в колбе с обратным холодильником)
аддукт образуется с выходом лишь в I % от теоретического, а при
нагревании под давлением в 10 000 атм выход составляет 78%
Итак, с повышением давления и температуры скорость реакции
диенового синтеза возрастает. Однако при выборе оптимальных
условий всегда надо иметь в виду, что диеновый синтез является
7
обратимым, а часто и экзотермическим процессом, для которого
равновесие смещено вправо при умеренной температуре, но с ее
повышением сдвигается влево — в сторону исходных компонентов
(Л1=#*2)
Практически каждая из реакций диенового синтеза имеет свой
оптимальный температурный режим, который подбирается опыт-
ным путем.
Смещению равновесия в сторону образования аддукта способ-
ствует также избыток одного из компонентов — чаще в избытке
берут диенофил. Так, при нагревании эквимолекулярных коли-
честв тетраметилнафталина и малеинового ангидрида выход ад-
дукта — 6%, а при нагревании этого углеводорода с 30-кратным
избытком малеинового ангидрида — 90%.
Долгое время считалось, что диеновый синтез лишь незначи-
тельно ускоряется катализаторами, однако во многих методиках
рекомендовалось применять добавки небольших количеств орга-
нических кислот или фенолов, которые, по-видимому, снижают
энергию активации за счет образования водородных связей с дие-
нофилом и тем самым облегчают протекание реакции. Некоторые
реакции Дильса — Альдера, как оказалось, катализируются не
только кислотами (фтор-, моно- и трихлоруксусными, пикриновой
или р-нафталин-сульфокислотой), фенолами, крезолами, полихлор-
фенолами, но и комплексными солями переходных металлов (как,
например, при применении в качестве диенофила сравнительно
малореакционноспособного ацетилена).
За последние 10 лет изучено значительное число реакций дие-
нового синтеза, катализируемых хлористым алюминием и другими
кислотами Льюиса (SnCl4, TiCl4, BF3 и др). Каталитическое дей-
ствие этих реагентов сводится к образованию комплексов с диено-
филом (либо с диеном), содержащим полярные (карбонильные.
8
карбоксильные и нитрильные) группировки. Эти катализаторы
позволяют значительно понизить температуру реакции (иногда
более чем на 100°) и одновременно повысить избирательную на-
правленность диенового синтеза (подробнее см. ниже). Иногда
следы воды или серной кислоты замедляют течение диенового син-
теза, являясь как бы отрицательными катализаторами.
В случае легко полимеризующихся или осмоляющихся диенов
в реакционную смесь рекомендуется прибавлять в небольшом ко-
личестве гидрохинон фенотиазин либо другие ингибиторы по-
добного действия.
Аддукты из реакционной среды зачастую выделяют кристал-
лизацией при охлаждении; иногда для этого предварительно ча-
стично отгоняют растворитель, а в некоторых случаях их осаж-
дают прибавлением другого растворителя и затем очищают после-
дующей перекристаллизацией; в том случае, если аддукт жидкий,
его обычно перегоняют (при атмосферном давлении или в ва-
кууме) .
Компоненты диенового синтеза. В диеновый синтез вступают
диены и диенофилы разнообразного строения. Реакция протекает
скорее и аддукты получаются с более высоким выходом в том
случае, если в диене присутствуют электронодонорные, а в диено-
филе электроноакцепторные заместители (правило Альдера, под-
робнее см. ниже). В общем случае на скорость реакции диенового
синтеза больше сказываются особенности строения диенофила, чем
диена.
Самые реакционноспособные диенофилы — это соединения с
двойной связью (углерод-углеродной или азот-азотной) активиро-
ванной одновременно двумя сопряженными с ней электроноакцеп-
торными группировками, например:
СООН
\оон
малеиновый
ангидрид
малеиновая и фумаровая
кислоты
дицианэтилен
(малеонитрил)
NC
фумаронитрил
9
о
н	сооад
о наоос
л-бензохинон этиловый эфир азоди-
карбоновой кислоты
N-фенилмалеи-
нимид
Наиболее активные из известных в настоящее время диенофи-
лов содержат двойную связь, сопряженную с четырьмя электроно-
акцепторными заместителями:
NC CN
NC
NC
диангидрид этилентет- тетрациан-
ракарбоновой кислоты этилен
дицианмалеино-
вый ангидрид
О
II
CN
J- CN
II
О
дицианобензо-
хинон
Диенофилы со связью —N=N— проявляют большую диено-
фильную активность, чем аналогичные по строению диенофилы со
связью —С = С—, например, эфиры азодикарбоновой кислоты
легче вступают в диеновую конденсацию, чем эфиры малеиновой
кислоты, а самым реакционноспособным диенофилом является, по-
видимому, N-фенилимид азодикарбоновой кислоты (4-фенил-1,2,4-
триазолиндион-3,5), который называют «супердиенофилом»
Nrco\
nLco/
N—CeH
5
N-фенилимид азоди-
карбоновой кислоты
(Эфиры азодикарбоновой кислоты с некоторыми диенами не реа-
гируют по схеме диенового синтеза, а образуют лишь продукты
присоединения, что иногда связывают с их транс-конфигурацией.)
Весьма реакционноспособны диазохиноны
10
бензопиридазин-
дион
3,6—пиридазин-
дион
дифтор—3,6—пирид-
азинднон
которые реагируют с диенами даже при температуре —77°1
(образование аддукта указанного строения свидетельствует о боль-
шей диенофильной активности —N=N— по сравнению с - С=С-
связью).
Диенофилы цис- и транс-конфигурации, как правило, мало от-
личаются друг от друга по реакционноспособности и обычно с
одним и тем же диеном дают аддукты почти с одинаковыми вы-
ходами:
оказаться и транс-изомер
но иногда более активным может
(95 и 68% соответственно)
Соосн3
оосн3
68%
ООСН3
оосн,.
Диенофилы с углерод-углеродной л-связью, активированной со-
пряжением с двумя электроноакцепторными группировками, по
убыванию реакционноспособности (относительно циклопентадиена
как диена, в диоксане, при 20°), которая оценивалась на основа-
нии кинетических данных, располагаются в следующий ряд:
1 Температура приведена по шкале Цельсия, знак С далее везде опущен.
11
NC CN
COCI
Диенофилы с тройной углерод-углеродной связью несколько
менее реакционноспособны, чем диенофилы, имеющие те же за-
местители у двойной связи. Так, бутадиен, реагирующий с малеи-
новой кислотой почти количественно, с ацетилендикарбоновой кис-
лотой при нагревании в диоксане образует аддукт — дигидрофта-
левую кислоту — лишь с 34%-ным выходом:
соон
34%
соон
СООН
:оон
Гексафторбутин-2 (легко получающийся из ацетилендикарбоновой
кислоты при действии четырехфтористой серы в присутствии че-
тырехфтористого титана; выход 80%) является, однако, одним из
самых активных диенофилов, с которым в диеновый синтез всту-
пает даже бензол (подробнее см. ниже).
Легко реагируют как диенофилы циклические углеводороды,
содержащие пространственно напряженную двойную связь. Цикло-
пропен, устойчивый лишь при хранении в жидком азоте, в момент
своего образования взаимодействует с циклопентадиеном, давая
аддукт почти с количественным выходом:
12
С высокими выходами образуют аддукты такие бициклические не-
предельные соединения, как иорборнен и норборнадиен (бицикло
[2.2.1] гептен и бицикло [2.2.1] гептадиен, получающиеся в свою
очередь диеновым синтезом циклопентадиена с этиленом и ацети-
леном соответственно):
норборнен
норборнадиен
Простейшие циклоалкины (циклопентин, циклогексин), дегидро-
бензол и другие арины и гетарины (гетероаналоги аринов)
в момент образования также легко реагируют с диенами разного
строения, например:
Цикло пен-
тин
Дегидробен-
зол
дегидропи-
ридик
Диенофильную активность способны проявлять непредельные
алифатические соединения, в которых кратная связь свободна от
напряжения и не активирована какими-либо заместителями. Так,
вступает в диеновый синтез этилен, его гомологи, ацетилен и ал-
килацетилены, но реакцию в этом случае проводят в жестких усло-
виях под давлением и при длительном нагревании, а для ацети-
лена иногда в присутствии катализатора:
норборнен
дибензобаррелен
Наиболее многочисленную группу диенофилов составляют та-
кие, у которых кратная связь сопряжена лишь с одним электроно-
акцепторным заместителем, с ароматическим ядром (как, напри-
мер, в стироле), либо, наконец, с другой непредельной связью
(диены сопряженного строения):
13
CHg = CHCH RCCH = CHa
о
CHa = CHC
акролеин
алкилвинил-	эфиры акрило-
кетои	вой кислоты
CHa = CHCsN
акрилонитрил
стирол
бутадиен
Своеобразными гетероаналогами стирола представляются аро-
матические нитрозосоединения, в которых азот-кислородная связь
нитрозогруппы может выступать в качестве диенофильной:
ЯитрозобензоХ
Сравнительно новыми и необычными диенофилами являются сое-
динения, содержащие кратную углерод-кислородную (например, в
альдегидной группе) или углерод-азотную (в нитрильной группе)
связь:
>С = О
— C = N
Следует иметь в виду, что один и тот же диенофил проявляет
различную активность в зависимости от того, с каким диеновым
компонентом он реагирует. Так, малеиновый ангидрид, будучи
активным диенофилом, очень легко реагирует со многими диена-
ми, в том числе, например, с 9,10-диметилантраценом, обладаю-
щим повышенной электронной плотностью:
14
но с гексахлорциклопентадиеном, в котором индуктивное влияние
шести атомов хлора значительно понижает электронную плотность
я-связей, этот ангидрид реагирует лишь в жестких условиях:
гексахлорцикло—
пентадиен
Гексахлорциклопентадиен вовсе не реагирует с тетрацианэти-
леном, который проявляет наибольшую диенофильную активность
в реакции с 9,10-диметилантраценом; вместе с тем такие диенофи-
лы, как n-метоксистирол или циклопентадиен, у которых двойная
связь имеет большую электронную плотность, чем в малеиновом
ангидриде (или в тетрацианэтилене), легко взаимодействуют с
гексахлорциклопентадиеном:
Таким образом, для успешного протекания реакции Дильса—Аль-
дера необходимо, очевидно, чтобы диен и диенофил значительно
отличались по своему электронному характеру. Реакции диенового
синтеза, в которых участвуют диен с пониженной электронной
плотностью сопряженной системы и диенофил, в котором диено-
фильная связь имеет, наоборот, повышенную электронную плот-
ность, называются реакциями с обращенным, электронным харак-
тером. В настоящее время известно много примеров таких реак-
ций, приведенных далее.
Разнообразные диены, вступающие в диеновый синтез, могут
быть систематизированы по группам.
I. Сопряженные диеновые углеводороды и их замещенные:
а) ациклические диены сопряженного строения и их замещенные,
15
где X—Aik, Аг, Hal, OR, OAc в том числе и полиены
б)	моноциклические диены с сопряженными связями в цикле и их
замещенные
цихлоПеН-
тадиен
фульвены
циклопеита»
диеиоиы
(циклоны)
циклогек-
садиен
гексахлорцихло—
пентаднен
цихдогепта-
триен
циклоокта-
тетраен
тропой
в)	винилциклоалкены и 1,2-диметиленциклоалканы
1,2—диметилен—
циклобутан
1,2— диметцлен-
циклогексан
г)	бициклические углеводороды с сопряженными связями в со-
седних циклах
1,Г-дициклопеятевил
1Д' - дицикл огексених
16
д)	ароматические углеводороды и некоторые их замещенные
тетрацен
гидрохинон
в том числе виниларены
а-винилнафталин
Р-винилнафталин
1,1—дифенилвтилен
Сравнительная реакционная способность диеновых систем этой
группы была оценена на основании кинетических данных, полу-
ченных сопоставлением скоростей их реакций с малеиновым анги-
дридом (в диоксане, при 30°). По этим данным диены располага-
ются в следующем порядке по убыванию своей реакционноспособ-
ности:
Таким образом, в этом ряду наибольшую активность проявляет
циклопентадиен, а гексахлорциклопентадиен оказывается наименее
реакционноспособным (напомним, что с некоторыми диенофилами
последний ведет себя наоборот, как очень активный диен — см.
выше о реакциях с «обращенным электронным характером»).
II. Гетероциклические соединения с сопряженными связями:
а) пятичленные гетероциклы ароматического характера, такие, как
фуран, его гомологи и производные, изобензофураны
17
С,Н5
Ч/Ч/
ед
фуран
дифенил—•
изобензофуран
некоторые N-замещенные пиррола
I	\n—GOOCjHj
N-карбэтоксипиррол
\n—сосн8
ч/
N-ацетилпиррол
конденсированные системы, включающие ядро тиофена
тетрафенилизобензо-
тиофеи
пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами, например окса-
золы, содержащие азадиеновую сопряженную систему
оксазол
б) шестичленные гетероциклические соединения, например пиро-
пироны-2	пирндоиы-2
18
III. Гетеродиены — соединения, в которых углерод-углеродная
л-связь сопряжена с углерод-кислородной двойной связью (окса-
диеновая система), либо соединения, в которых сопряженной си-
стемой являются две углерод-кислородные л-связи (диоксадиено-
вые системы)
в,р-непредельные
альдегиды или кетоны
а,р -дикетоны
IV. Так называемые «псевдодиены», или потенциальные диены,
т. е. соединения, легко образующие сопряженную диеновую систе-
му в процессе проведения диенового синтеза под действием каких-
либо реагентов или при простом нагревании; такими соединениями
могут быть пинаконы, некоторые сульфоны и дибромиды, соеди-
нения, в которых присутствует циклопропильная система, сопря-
женная с винильной группировкой, а также некоторые димерные
соединения:
пинакон из ацетона
и циклопеитанона
сульфон 1,2-диме-
тиленциклогексана
СН2Вг
СН2Вг
дибром-о—
ксилол
димер цикло—
пеитадиена
Общие закономерности диенового синтеза. Диеновый синтез
подчиняется определенным закономерностям, установленным эм-
пирически; некоторые из них имеют строгий характер и распро-
страняются на все без исключения изученные в настоящее время
реакции диенового синтеза, другие, как оказалось, соблюдаются
не всегда. Знание общих закономерностей диенового синтеза помо-
гает установить строение образующегося аддукта, объясняет
структурные и пространственные особенности протекающих про-
цессов и дает возможность судить о их механизме, а также выби-
рать подходящие условия реакции.
Конфигурация диенов. Наличие чередующихся двойных
связей в диеновом компоненте является необходимым, но недоста-
точным условием для того, чтобы диен оказался реакционноспо-
собным в диеновом синтезе. Необходимо, кроме того, чтобы эти
связи пространственно располагались определенным образом.
С точки зрения квантовомеханических представлений две л-связи
сопряжены лишь в том случае, если они копланарны и оси р-элек-
тронных облаков, образующие эти связи, параллельны друг другу.
19
Можно представить две копланарные сопряженные системы с
цисоидным (/) или трансоидным (//) расположением л-связей:
II
Действительно, как оказалось, ациклические сопряженные диены
обычно (при не очень высокой температуре) представляют равно-
весную смесь цисоидной и трансоидной конформаций с преоблада-
нием последней.
Однако в диеновый синтез могут вступать диены, имеющие
только цисоидную (заслоненную) конформацию. Диен, находящий-
ся в трансоидной конформации, предварительно должен претерпе-
вать превращение в цисоидную форму.
Особенно легко в диеновый синтез вступают диены, для кото-
рых цисоидная конформация представляется единственно возмож-
ной, закрепленной формой, например циклические диены:
циклопен- циклогек-
тадиен садиен
фуран
1,2-диме1илен-
циклогексан
Гетероаннулярные диены с закрепленной трансоидной конформа
цией
естественно, не могут вступать в диеновый синтез.
Для диенов с открытой цепью углеродных атомов конформацион-
ное равновесие зависит от их строения. Так, в случае а-замещен-
ных бутадиена при увеличении объема заместителя, расположен-
ного у двойной связи, имеющей цис-конфигурацию, равновесие
сдвигается в сторону трансоидной конформации вследствие про-
странственных затруднений, возникающих при образовании цисо-
идной формы:
20
Поэтому цис-а-замещенные бутадиена значительно менее активны
в диеновом синтезе, чем соответствующие транс-изомеры. Напри-
мер, цис-пиперилен (пентадиен-1,3) в реакции с малеиновым анги-
дридом образует аддукт с выходом 4%, в то время как транс-пи-
перилен дает этот аддукт с количественным выходом:
цис-	транс-пиперилен
транс- 1-Фенилбутадиен с малеиновым ангидридом реагриует ко-
личественно:
а цис-изомер лишь с 5%-ным выходом. Несмотря на это, 2-метил-
пентадиен-2,4 (а, а-диметилбутадиен) с малеиновым ангидридом
в кипящем бензоле дает аддукт с высоким выходом:
21
но с другими диенофилами реагирует с трудом, причем реакция
сопровождается миграцией одной из метильных групп
210°; 43 ч
25% ’
В случае р-замещенных бутадиена наличие «объемистого» за-
местителя, наоборот, сдвигает конформационное равновесие в
сторону цисоидной формы, что облегчает для таких диенов дие-
новый синтез:
Так, 2-неопентилбутадиен-1,3 вступает в реакцию с малеиновым
ангидридом даже при комнатной температуре:
2-неопентилбутадиен-1,3
Для 2,3-дизамещенных бутадиена «объемистые» заместители
затрудняют существование цисоидной конформации, а вместе с
этим и протекание диенового синтеза. 2,3-Диметилбутадиен легко
реагирует с малеиновым ангидридом, но реакция не возможна
для 2,3-дитрет.-бутилбутадиена:
2,3-димети.т —
бутадиен-1,3
2,3-ди трет- бутилбутадиен-1,3
реакция не идет
22
Для 1,3-дитрет.-бутилбутадиена-1,3, наоборот, равновесие сдвину-
то в сторону цисоидной формы, поэтому он легко вступает в дие-
новый синтез:
В случае 2-винилбутадиена-1,3 в реакцию с малеиновым ангид-
ридом вступает сначала цисоидная система бутадиена, а затем
вторая молекула диенофила реагирует по вновь образовавшейся
сопряженной системе, давая бис-аддукт:
«Цис-принцип» (сохранение конфигурации диена и диено-
фила). Присоединение диена по кратной связи диенофила всегда
протекает как цис-присоединение', поэтому в образующемся ад-
дукте сохраняется пространственное расположение заместителей в
исходном диене и диенофиле. Этот «цис-принцип», впервые сфор-
мулированный Альдером и Штейном в 1937 г., называют также пер-
вым правилом Альдера. Оно соблюдается во всех известных до
сих пор случаях реакций диенового синтеза и носит такой же
общий характер, как и требование цисоидной конформации диена.
1 Обе вновь образующиеся о-связи всегда располагаются по одну сторону
реагирующего компонента
(но, например, не так:
I — процесс называют также супраповерхностным (S), II — антараповерхност-
ным (Д); поэтому реакции диенового синтеза иногда обозначают какя4Б + гг2в-
циклоприсоединение.
23
Сохранение пространственного строения диена и диенофила в
образующихся аддуктах может быть проиллюстрировано на при-
мере присоединения малеиновой и фумаровой кислот к транс-
транс- 1,4-диалкилбутадиену-1,3:
Кис-циклогексеидикар-
боновая кислота
фумаровая
кислота
я^ияс-циклогексендикар—
боновая кислота
Структурная направленность (преимущественная
орто- и пара-ориентация заместителей при диеновом синтезе с ком-
понентами несимметричного строения). Взаимодействие по схеме
диенового синтеза компонентов несимметричного строения, каза-
лось, должно было приводить к смеси изомерных продуктов реак-
ции; например, реакция пиперилена с акрилонитрилом могла бы
протекать с образованием смеси изомерных нитрилов о- (/) и
л-тетрагидротолуиловой (II) кислот:
а взаимодействие между 2-метоксибутадиеном и акриловой кисло-
той могло бы приводить к смеси п- и л-метокситетрагидробензой-
ной кислот (III и IV):
24
соон
Н8СО —
-СООН
III	IV
Однако на самом деле при диеновом синтезе преимущественно, а
иногда и исключительно получается лишь один из возможных
структурных изомеров. Как правило, в преимущественном количе-
стве образуется изомер, у которого заместители в цикле имеют
относительно друг друга орто- или пара-ориентацию *, т. е. в при-
веденных примерах главные продукты реакции — аддукты I и III
(аддукта I получается примерно в 10 раз больше, чем аддукта //,
а аддукта III — в 8 раз больше, чем аддукта IV).
Часто реакция приводит к орто- или пара-изомеру почти с ко-
личественным выходом, а выделить мета-изомер из продуктов ре-
акции (кристаллизацией или перегонкой) вовсе не удается. Так,
при реакции 1-фенилбутадиена или пиперилена с акриловой кис-
лотой выделен только аддукт орто-строения:
(R=C6H5, СНз), а при реакции 2-фенилбутадиена со стиролом —
только пара-изомер:
Следует, однако, иметь в виду, что надежные данные о соотношении изо-
мерных продуктов реакции диенового синтеза могли быть получены лишь срав-
нительно недавно, когда для анализа реакционной смеси стали применять газо-
жидкостную хроматографию. Разделение продуктов реакции диенового синтеза
обычно проводили дробной кристаллизацией, при которой, естественно, неизбеж-
ны значительные потери более легкорастворимого соединения; кроме того, много-
численные перекристаллизации, сопровождающиеся довольно длительным нагре-
ванием, в некоторых случаях могли способствовать частичной изомеризации тер-
мически менее устойчивого соединения в более устойчивое.
1 Положение заместителей в цикле аддукта диенового синтеза принито раз-
личать как орто-, мета- и пара- по аналогии с положениями заместителей в аро-
матическом кольце.
2S
Преимущественное образование орто-замещенного аддукта
(85—95%; мета-изомер образуется в виде примеси — 5—15%) при
реакции несимметричнозамещенного диенофила с а-замещенными
диенами (или пара-замещенного аддукта при реакции с ^-заме-
щенными диенами) чаще всего наглядно объясняют полярным
влиянием замещающих групп в диене и диенофиле. Еще Альдер
сформулировал правило, согласно которому диеновый синтез легче
протекает в том случае, если в диене присутствуют электронодо-
норные (алкильные, метоксильные), а в диенофиле — электроно-
акцепторные (>С = О, —СООН, —CN, —NOz) заместители.
Таким образом, диен выступает в качестве нуклеофильного, а
диенофил — электрофильного компонента реакции; их взаимодей-
ствие осуществляется согласно закономерностям структурной на-
правленности:
Структурная направленность диенового синтеза (региоселек-
тивность) одна из основных закономерностей этой реакции. Даже
в том случае, когда в соответствии с формальной полярной схемой
в качестве основного продукта реакции должен был бы образо-
ваться мета-изомер, на самом деле преимущественно все же обра-
зуется орто-изомер, как, например, при взаимодействии бутадиен-
карбоновой кислоты с акриловой:
Доля образующегося мета-изомера обычно увеличивается лишь
в том случае, если оба компонента — диен и диенофил — имеют
электронодонорные заместители, но и тогда количество мета-изо-
мера не превышает орто- или пара-изомера.
26
Чем больше диен и диенофил различаются по своему электрон-
ному характеру, тем избирательнее протекает реакция. Поэтому
когда диеновый синтез между диеном с электронодонорными за-
местителями и диенофилом с электроноакцепторными заместите-
лями осуществляется в присутствии хлористого алюминия — ката-
лизатора, усиливающего электрофильный характер диенофила,
то избирательное течение реакции (региоселективность) значи-
тельно повышается. Так, например, при взаимодействии пипери-
лена с метилакрилатом соотношение орто- и мета-изомеров состав-
ляет 90: 10, а в присутствии хлористого алюминия — 98:2.
Э н д о-э к з о-о риентация. Взаимодействие компонентов дие-
нового синтеза циклического строения, исходя из общих представ-
лений о возможной взаимной пространственной ориентации двух
реагирующих веществ, может реализоваться по двум направлени-
ям — по схеме I, приводящей к аддукту, так называемой эндо-
конфигурации и схеме II, приводящей к экзо-изомеру:
схема I
экзо-аддукт
схема II
эндо-
Установив, что при реакции циклопентадиена с малеиновым
ангидридом образующийся аддукт имеет эндо-конфигурацию,
Альдер и Штейн (1937) сформулировали общее правило (назы-
ваемое иногда вторым правилом Альдера), согласно которому те-
чение диенового синтеза с участием циклических компонентов
всегда приводит к продукту реакции с эндо-конфигурацией. Обра-
зование эндо-аддукта, по мнению авторов, происходит потому, что
компоненты диенового синтеза ориентируются относительно друг
друга в пространстве таким образом, чтобы соблюдался принцип
«максимального накопления ненасыщенности», т. е. чтобы л-связи
диена и диенофила взаимно перекрывались. Наиболее сближены
л-связи диена и диенофила при протекании реакции по схеме / с
образованием эндо-аддукта циклопентадиена с малеиновым анги-
дридом или, например, эндо-аддукта циклогенсадиена с «-бензо-
хиноном.
Для аддукта циклогексадиена с n-бензохиноном эндо-строение надежно до-
казано изящным методом фотохимической циклизации, которая для непредельных
соединений протекает как 2+2->-4 (2л:-»-2о)-циклоприсоединение и приводит,
следовательно, к замещенным циклобутана. При УФ-облучении этот аддукт был
превращен в дикетон, имеющий своеобразное «объемное» строение; последнее
соединение могло образоваться только в том случае, если в исходном аддукте
две непредельные связи являлись пространственно сближенными, как это и
имело место именно в случае аддукта эндо-конфигурации:
27
Аддукты эндо- или экзо-конфигурации могут получаться и при
реакции циклических диенов с диенофилами ациклического строе-
ния. Так, циклопентадиен с винилбромидом мог бы дать два ад-
дукта:
н
вкзо-аддукт
но на самом деле продуктом реакции является только соединение,
имеющее эндо-строение.
По мере накопления экспериментальных данных выяснилось,
однако, что при диеновом синтезе с циклическими диенами чаще
всего получается смесь эндо- и экзо-изомеров в различных соот-
ношениях, причем эндо-изомер не всегда образуется в преимуще-
ственном количестве. Соотношение эндо- и экзо-аддуктов зависит
от условий реакции и от строения исходных соединений. Таким
образом, правило о преимущественном эндо-присоединении имеет
ограничения.
Эндо-аддукты получаются обычно в том случае, если диеновый
синтез протекает в мягких условиях (при умеренном и непродол-
жительном нагревании) и осуществляется как одностадийный про-
цесс, т. е. в условиях кинетически контролируемой реакции. Обра-
зование эндо-аддуктов, которые термодинамически менее устойчи-
вы, чем аддукты экзо-строения, требует несколько меньшей энер-
гии активации реакции и, следовательно, протекает скорее, но с
повышением температуры или увеличением продолжительности
реакции (в условиях, когда состав продуктов реакции определяет-
ся термодинамическим контролем) в продуктах реакции увеличи-
вается содержание экзо-изомера.
Такие очень реакционноспособные диены, как циклопентадиен
и циклогексадиен с циклическими диенофилами симметричного
строения, практически образуют только эндо-аддукты (т. е. в этих
случаях соблюдается второе правило Альдера).
28
Для других циклических диенов реакция также протекает с
большей пространственной избирательностью (стереоселектив-
ностью), если диенофилы имеют симметричное строение (т. е. дие-
нофильная л-связь в них активирована двумя одинаковыми элек-
троноакцепторными группами). С монозамещенными диенофилами
все циклические диены чаще всего образуют смесь изомеров с
преобладанием аддукта эндо-конфигурации, однако очень часто
наблюдаются реакции, протекающие вопреки правилу Альдера.
Так, например, акрилонитрил с циклогексадиеном дает смесь рав-
ных количеств эндо- и экзо-изомеров (1 : 1):
т. е. стереоизбирательность реакции в этом случае нарушается.
Правило о преимущественном образовании эндо-аддукта соблю-
дается для реакции циклопентадиена с метилакрилатом (во всех
растворителях), но не выполняется для метилметакрилата, а при
использовании в качестве диенофила метилового эфира транс-
коричной кислоты реакция оказывается чувствительной к раство-
рителю (в полярных растворителях эндо-правило соблюдается, но
не соблюдается в неполярных):
r=h, r=ch.
70%
53%
30% (вСН3СООН)
47% (в декалжне)
По-видимому, в этом случае сказываются структурные особенности
диенофила.
Кислоты Льюиса, ускоряющие течение диенового синтеза и по-
вышающие иногда ее региоселективность (см. выше), влияют так-
же на соотношение образующихся пространственных изомеров
(т. е. изменяют стереоселективность реакции): при взаимодействии
циклопентадиена с метилакрилатом в присутствии катализаторов
(А1С13 •О(С2Н5)2; BF3-O(C2H5)2; SnC14, TiCl2) получается 95%
эндо- и 5% экзо-аддукта; если же эту катализируемую реакцию
проводить при —70°, то образуется один эндо-изомер.
29
Исключительное положение занимают такие циклические дие-
ны, как фуран и фульвены. Энергии активации эндо- и экзо-при-
соединения этих диенов отличаются мало, поэтому трудно предска-
зать конфигурацию аддукта, образующегося в преимущественном
количестве. Кроме того, эндо-аддукты, получающиеся при кинети-
чески контролируемой реакции, весьма неустойчивы и очень легко
подвергаются ретродиеновому распаду, а последующая рекомби-
нация компонентов в условиях термодинамического контроля при-
водит к накоплению в реакционной смеси экзо-изомера:
Следует признать, таким образом, что в настоящее время раз-
личные факторы, контролирующие эндо-экзо-присоединение и их
взаимное влияние, изучены пока недостаточно подробно.
В последние годы Вудворд и Гофман теоретически обосновали эмпирический
принцип Альдера и Штейна «о максимальном накоплении ненасыщенности» при
преимущественном образовании аддуктов эндо-конфигурации и сформулировали
правило, согласно которому избирательность реакции определяется контролируе-
мым орбитальной симметрией перекрыванием граничных орбиталей вторичных
центров (атомов, которые в аддукте не будут связаны между собой) высших
занятых орбиталей диена с низшими незанятыми диенофила, т. е. так называе-
мым «вторичным (дополнительным) орбитальным взаимодейтсвием», благоприят-
ствующим протеканию реакции. Вторичные взаимодействия отсутствуют в случае
экзоприсоедииения. (В некоторых случаях стерические эффекты могут иметь
большее значение, чем этот электронный эффект.) Теория убедительно проиллю-
стрирована многими примерами, однако она не объясняет, почему образуются
аддукты только эндо-конфигурации при реакциях, например, циклопентадиена с
циклопропеном, норборненом, или бромистым аллилом, с диенофилами, для кото-
рых вторичное орбитальное взаимодействие не имеет места.
Для объяснения стереохимической избирательности диенового синтеза с цик-
лическими диенами некоторые авторы привлекали и другие электронные факторы
(влияние индуктивных или электростатических сил, возникающих в результате
переноса заряда между диеном и диенофилом), а также пространственные не-
валеитные взаимодействия, которые могут существенно сказываться на устой-
чивости промежуточного эндо- или экзо-состояния, имеющего «плотную упаков-
ку» (Вассерман).
Пространственное строение аддуктов циклических диенов с малеиновым ан-
гидридом или малеиновой кислотой устанавливают с помощью так называемого
метода йод- или бромлактонизации, который заключается в том, что аддукт
подвергают бромированию (или йодированию) в водио-щелочной среде; в случае
аддуктов эндо-конфигурации, например аддукта циклогексадиена с малеиновым
ангидридом (7), образующаяся в условиях реакции у-иепредельная кислота (//)
превращается в у-бромлактон (III):
30
Метод йодометрического титрования позволяет количественно определить содер-
жание эндо-аддукта в смеси стереоизомеров.
Помимо метода бромлактонизации и упомянутой ранее фотохимической цик-
лизации для установления конфигурации эндо-экзо-аддуктов используют также
спектры ПМР: в эндо-аддуктах мостиковые протоны эндо-метиленовой группы и
протоны углеродных атомов шестичленного цикла с заместителями, вносимыми
диенофилом, пространственно сближены, и поэтому их сигналы смещаются в об-
ласть более слабых полей по сравнению с сигналами протонов в экзо-аддуктах,
в которых эти протоны удалены друг от друга и не взаимодействуют.
О механизме диенового синтеза. Диеновый синтез осуществ-
ляется как циклоприсоединение, протекающее с перераспределе-
нием л- и о-связей в исходных компонентах: за счет двух л-связей
диена и л-связи диенофила в возникающей циклогексеновой си-
стеме аддукта образуется новая л-связь и две о-связи, для кото-
рых каждый из компонентов предоставляет по два электрона.
Таким образом, в сферу реакции вовлекаются электронные систе-
мы шести углеродных атомов (осуществляется 4 + 2->6-циклопрп-
соединение).
Большинство известных органических реакций протекает по
ионному либо по радикальному механизму. Существуют, однако,
реакции еще одного типа, механизм которых менее изучен. Эти
реакции называют «согласованными», поскольку для них харак-
терно, что в переходном состоянии разрыв старых и образование
новых связей протекает одновременно (синхронно). В настоящее
время различают три основных типа согласованных (перицикли-
ческих) реакций — внутримолекулярные электроциклические и
сигматропные и межмолекулярные реакции циклоприсоединения;
к последнему типу и относится реакция диенового синтеза.
Согласованные реакции обычно стереоспецифические и для них
характерна высокая отрицательная энтропия активации, свиде-
тельствующая об упорядоченном промежуточном состоянии. Такие
реакции инертны к инициаторам свободнорадикальных процессов,
природа растворителей на них влияет мало, но они очень чувстви-
тельны к нагреванию. Эти особенности в полной мере присущи
31
диеновому синтезу, о чем наглядно свидетельствуют данные, изло-
женные в предыдущих разделах.
Согласно правилам, сформулированным Вудвордом и Гоффма-
ном, направление синхронных реакций определяется симметрией
граничных орбиталей. Поскольку для диенового синтеза сим-
метрия высших занятых орбиталей продуктов реакции в основном
состоянии коррелируется с симметрией орбиталей основного (а не
возбужденного) состояния исходных реагентов, то эта реакция
«разрешена по симметрии как термическая», что и согласуется с
экспериментальным фактом.
Итак, в переходном состоянии обе новые ст-связи возникают
одновременно, однако только в особых случаях следовало бы пред-
положить, что они будут вполне равноценными. Как правило, обра-
зование связей начинается одновременно, но по своему характеру
они оказываются различными, поскольку именно в переходном
состоянии (вследствие его «плотной упаковки») существенным
образом сказываются структурные и электронные факторы, опре-
деляющие неравномерное распределение электронной плотности во
фрагментах, вносимых диеном и диенофилом. В силу этого струк-
турная направленность диенового синтеза (региоселективность),
выражающаяся в преимущественном образовании аддуктов с орто-
или пара-расположением заместителей, находит в рамках описы-
ваемого механизма хотя и не исчерпывающее, но удовлетвори-
тельное объяснение и в большинстве случаев согласуется с фор-
мальной схемой механизма синхронного переноса электронов с
учетом эффекта заместителей:
С одностадийным механизмом вполне согласуется «цис-принцип»
о сохранении в аддукте конфигурации диена и диенофила. По-
скольку природа растворителя мало сказывается на скорости ре-
акции и диеновый синтез может протекать также в газовой фазе,
т. е. реакция не нуждается в сольватации, то переходное состояние
должно быть малополярным, что еще раз подтверждает односта-
дийность всего процесса.
Кинетические исследования показали, что для реакций Дильса — Альдера
наблюдается небольшая величина энтальпии активации (менее 25 ккал/моль) и
всегда отрицательное довольно высокое значение энтропии активации (в среднем
35 энтропийных единиц); это позволяет сделать вывод о высокоупорядоченном
переходном состоянии, в котором молекулы должны сохранять свою конфигура-
цию, вместе с тем по своей геометрии переходное состояние должно напоминать
и конфигурацию образующегося аддукта.
32
Давно было отмечено, что диеновому синтезу во многих случаях предшест-
вует образование комплекса с переносом заряда (КПЗ, л-комплекса), при этом
в качестве л-доиора обычно выступает диен, а л-акцептора — диенофил. Очень
легко образует л-комплекс тетрацианэтилен. Так, с дивинилом в тетрагидрофу-
ране количественно получается комплекс ярко-желтого цвета, который через не-
сколько минут превращается в бесцветный аддукт (выход 94%); также при
реакции с антраценом сначала возникает комплекс зеленого цвета, очень скоро
обесцвечивающийся при превращении в аддукт:
Возможно представить две схемы:
л-комплекс
медленно
------>• аддукт.
быстро V медленно
2 л - комплекс	+ ||------> аддукт.
Для некоторых реакций диенового синтеза образование л-комплексов доказано
спектрофотометрическим и кинетическим методами (А. И. Коновалов). На при-
мере реакции малеинового ангидрида с полициклическими ароматическими угле-
водородами приближенным расчетным методом МО—ЛКАО (молекулярные ор-
битали — линейная комбинация атомных орбиталей) показано, что течению дие-
нового синтеза действительно должно предшествовать образование л-комплекса,
обладающего энергетическим минимумом.
Следует напомнить, что в литературе широко обсуждался во-
прос о двустадийном процессе диенового синтеза, который мог бы
протекать по двум схемам (А) или (Б):
Схема (А) предполагает промежуточное образование биполярного
иона (I), а схема (Б) — бирадикала (II). В процессе изучения
механизма диенового синтеза и для объяснения его закономерно-
2 Зак. 74
33
стей многие авторы прибегали к обеим схемам В настоящее вре-
мя кинетические данные (в том числе и для реакций диенового
синтеза, протекающих при высоких давлениях) и теоретические
расчеты свидетельствуют о том, что в случае некатализируемого
диенового синтеза наиболее вероятным является одностадийный
механизм, хотя он остается схематичным и не может исчерпываю-
щим образом объяснить многие специфические особенности этой
сложной реакции.
Побочные реакции, иногда протекающие при диеновом синтезе.
В разделе об эндо-экзо-ориентации подробно обсуждалось превра-
щение аддуктов эндо-строения в экзо-изомеры, осуществляющееся
непосредственно в процессе самого диенового синтеза. Сходным
изомерным превращениям подвергаются и аддукты иного строения,
которые обычно также образуются в качестве первичных продук-
тов реакции, но, будучи недостаточно термостабильными, превра-
щаются в более устойчивые соединения при продолжительном
нагревании реакционной смеси, либо слишком высокой температу-
ре реакции; чаще всего при этом образуется равновесная смесь
изомерных веществ, например:
Интересную перегруппировку претерпевают стереоизомерные 1-оксидицикло-
пентадиены, различаемые как а- и 0-изомеры. При нагревании до 140° каждый
из них (а- или 0-) частично превращается в 8-оксидициклопентадиен соответст-
вующего пространственного строения (син- или аити-изомер), образуя равновес-
ную смесь:
1 При двустадийном механизме для объяснения стереонаправленного тече-
ния реакции необходимо вводить дополнительные факторы, исключающие воз-
можность вращения в промежуточном нециклическом переходном состоянии
(I или II).
34
Эти превращения протекают внутримолекулярно: в 1-оксиизомере гомолитически
разрывается о-связь между атомами углерода За—4 (вторая связь 7—7а при
более высокой температуре также может разорваться, что приведет к ретродие-
новому распаду) и образуется новая связь между атомами углерода 2 и 6
По такой же схеме протекает превращение кетона, получающегося омылением
аддукта ацеталя тетрахлорциклопентадиенона с циклопентадиеном:
Эта перегруппировка (Вудворд и Катц) не имеет общего характера и, по-види-
мому, протекает лишь для аддуктов, в которых исходные компоненты мало от-
личаются по своей реакционной способности и обладают диеновым характером.
2*
35
Иной тип изомеризации претерпевают аддукты виниларенов;
20-минутное нагревание а-винилнафталина с малеиновым ангидри-
дом дает аддукт, который очень легко, даже при простой перегон-
ке в вакууме, превращается в производное нафталина:
Я —зицилнафталин
Изомеризация с перемещением двойной связи и образованием
ароматического производного протекает весьма легко и харак-
терна для гидроароматических аддуктов подобного строения.
Некоторые поликонденсированные ароматические углеводороды
(перилен, бензоперилены) вступают в конденсацию с малеиновым
ангидридом только при нагревании в нитробензоле, поскольку
этот растворитель оказывает окислительное действие, и диеновый
синтез в этом случае сразу приводит к устойчивому, полностью
ароматизированному аддукту (см. гл. II, раздел «Ароматические
углеводороды и их производные как диены в диеновом синтезе» —
перилен).
В перечисленных выше реакциях первоначально образующиеся
аддукты «нормального строения» подвергаются дальнейшим пре-
вращениям в процессе самой диеновой конденсации, что и приво-
дит к смеси продуктов реакции. Помимо этого образование побоч-
ных веществ может происходить и потому, что наряду с 4 + 2—>-6-
циклоприсоединением, приводящим к аддуктам диенового синтеза,
исходные компоненты иногда одновременно взаимодействуют меж-
ду собой и по другим схемам, в результате чего образуются соеди-
нения совсем иного строения. Так, тетрацианэтилен уже при ком-
натной температуре реагирует с 2-метилпентадиеном одновременно
в двух направлениях — по схеме диенового синтеза и 2 + 2->4-цик-
лоприсоединения:
✓(CN)2
^(CN)2
В двух направлениях взаимодействует 1,1-дифтор-2,2-дихлорэтилен
с 2-трет.-бутилбутадиеном:
36
(CH )J
а-ацетоксиакрилонитрил с бутадиеном и др.:
Еще одна побочная реакция довольно часто осложняет течение
диенового синтеза — это так называемое аллильное, или замести-
тельное, присоединение, являющееся, по-видимому, гомолитическим
процессам. Чаще всего оно протекает при реакциях между азо-
дикарбоновым эфиром и диенами, у которых имеются подвижные
аллильные водородные атомы. 2-Метилпентадиен, нормально реа-
гирующий с малеиновым ангидридом, с этим эфиром образует
продукт присоединения:
/COOR СН8
N	^ЧСН2—N—COOR
У	NH —COOR
ROOC
Аналогично протекает реакция с циклогептатриеном:
NCOOR
$COOR
ROOC—N— NHCOOR
- 6
По схеме заместительного присоединения с различными диенофи-
лами реагирует и пиррол, подвергаясь в конечном результате
a-замещению (см. ниже):
37
нссоон
+ II
нссоон
снсоон
CHjCOOH
JL-снсоон
NH I
сн2соон
а —пирролилянтарная
кислота
В литературе также описаны случаи, когда в условиях диено-
вого синтеза (проводимого при нагревании в автоклаве) протекало
дегидрирование, а иногда и одновременное декарбоксилирование
аддуктов.
ГЛАВА II
Реакции
диенового синтеза
В настоящей главе приведены примеры диенового синтеза, си-
стематизированные по типу исходных диеновых систем (см. гл. I,
раздел «Компоненты диенового синтеза»), а также примеры ис-
пользования образующихся аддуктов для дальнейших синтетиче-
ских целей, что дает наглядное представление о ценности реакции
Дильса—Альдера как конечной и промежуточной стадии при по-
лучении многих труднодоступных органических соединений.
Ациклические диеновые углеводороды и их производные в дие-
новом синтезе. Систематическое изучение диенового синтеза сле-
дует начать с реакции между дивинилом как простейшим диеном
и малеиновым ангидридом — активным и наиболее часто исполь-
зуемым диенофилом:
Реакция протекает настолько легко, что ее раньше применяли для
количественного определения дивинила в газовых смесях (по при-
весу в сосуде с малеиновым ангидридом). В препаративных целях
для получения аддукта дивинила с малеиновым ангидридом исход-
ные компоненты растворяют в бензоле, выдерживают некоторое
время и для окончательного завершения реакции нагревают в
автоклаве. Очень удобно использовать в диеновом синтезе не сам
дивинил, а его сульфон — сульфолен-3 (или по другой номенкла-
туре — 2,5-дигидротиофендиоксид-1,1), который легко получается
38
при стоянии (2—3 недели) дивинила с избытком сернистого анги-
дрида; сульфон достаточно устойчив, поэтому его можно довольно
долго хранить и употреблять по мере надобности; для получения
аддукта сульфон вместе с малеиновым ангидридом растворяют в
ксилоле и нагревают с обратным холодильником:
Гомологи бутадиена реагируют с малеиновым ангидридом по
обычной схеме и соответствующие аддукты — кристаллические
ангидриды замещенных тетрагидрофталевых кислот — получают
кипячением исходных веществ в бензольном растворе (с обратным
холодильником):
сн8
СН8
39
CH8	CH,
I	I
CH,	CH,
Диеновый синтез с этим диенофилом можно использовать для
выделения цис-формы диена из смеси с транс-изомером, поскольку
цис-а-замещенные бутадиена из-за пространственных затруднений
не реагируют с малеиновым ангидридом. Реакцию с малеиновым
ангидридом, приводящую к образованию кристаллических соеди-
нений, легко характеризуемых по температуре плавления, исполь-
зовали не только в синтетических целях (получение самих аддук-
тов и их дальнейшее превращение), но и для идентификации
исходных диеновых систем. Так, тетрагидрофталевые кислоты, на-
пример, получающиеся при гидролизе аддуктов диенов с малеи-
новым ангидридом, превращали дегидрированием (нагреванием в
присутствии платинового катализатора) во фталевые кислоты;
идентифицировав получившуюся кислоту, устанавливали вместе с
этим и строение исходного диена:
—соон
—соон
Н,с-У V-COOH
н,с—соон
аддукт 2, 3-диметил-
бутадиена-1, 3
4, 5-диметил-
фталевая кислота
Аддукты ациклических диенов с малеиновым ангидридом
(тетрагидрофталевые ангидриды) можно непосредственно превра-
щать в ароматические углеводороды, нагревая их с пятиокисью
фосфора. В этих условиях они очень легко отщепляют окись угле-
рода и воду, образуя алкилбензолы с высокими выходами
(Р. Я. Левина, В. Р. Скварченко). Так, из трех изомерных гекса-
аддукт гек-
садиена-2, 4
Р»О8
(—2СО; — НаО)
40
диенов — гексадиена-2,4, 2,3-диметилбутадиена-1,3 и 2-метилпен-
тадиена-1,3 — получают п-, о- и .и-ксилолы соответственно:
РА
(—2СО; —Н2О)
аддукт 2, 3-диметилбутадиена-1,3
сн8
СН3
(—2СО;
аддукт 2-метилпентадиена-1, 3
Применив в качестве диенофила гомологи малеинового ангидрида
(метил-, диметилмалеиновый ангидрид), можно получить три- и
тетраалкилбензолы, а из циклических аналогов малеинового анги-
дрида (ангидридов циклопентен-1- или циклогексен-1-дикарбоно-
вой-1,2 кислоты) — гидроароматические бициклические углеводо-
роды (инданы и тетралины):
ангидрид цикло-
пентен- 1- ди карбо -
новой -1,2 кислоты
ангидрид цикло-
гексен—1— дикарбо—
Новой—1,2 кислоты
инданы
те трал инк
Аддукт дивинила с фенилмалеиновым ангидридом и некоторые
продукты его превращения (гидрирования и эпоксидирования)
оказались соединениями, обладающими физиологическим действи-
ем — антиконвульсивным и снотворным:
41
фенилмалеино-
вый ангидрид
Малеинимид (о его получении см. далее) с дивинилом дает
аддукт, который также используется для получения физиологиче-
ски активного соединения — S-трихлорметилтетрагидрофталимида,
применяемого в качестве фунгицида (см. с. 73), называемого кап-
таном:
м&леинимид
NaOH
фунгицид SR-406
Интересными ациклическими диенами являются алкокси- и
ацетоксипрены. Применение метоксипрена в диеновом синтезе при-
водит к получению насыщенных шестичленных циклических сое-
динений — циклогексанонов, поскольку его аддукты со всеми дие-
нофилами представляют собой циклические виниловые эфиры, ко-
торые легко гидролизуются (в отличие от насыщенных простых
эфиров) при нагревании с разбавленной (2%-ной) серной кислотой:
метоксипрен
1,4-Диацетоксибутадиен-1,3 легко вступает в конденсацию со
многими диенофилами, но образующиеся аддукты термически ма-
лоустойчивы и пиролизуются, отщепляя две молекулы уксусной
кислоты (сравнить пиролиз ацетатов с образованием алкенов) и
образуя ароматические соединения, например:
OCOCHj
42
При кипячении диацетоксибутадиена с бензохиноном в бензоле
сразу в одну стадию получается нафтохинон:
Чтобы получить ароматические соединения, используют также
диеновый синтез между 1-ацетоксибутадиеном-1,3 и эфирами аце-
тилендикарбоновой кислоты (эти диенофилы уступают по актив-
ности эфирам малеиновой кислоты — диенофилам с двойной
связью *, поэтому для получения аддуктов требуется более дли-
тельное нагревание). 1-Ацетоксибутадиен обычно вводят в реак-
цию в момент его образования из кротонового альдегида и изо-
пропенилацетата; аддукты, будучи еще менее устойчивыми, чем
аддукты 1,4-диацетоксибутадиена, тотчас ароматизируются в эфи-
ры фталевой кислоты:
юсоен,
+сн2-=с<
сн3
COOCHj
ОСОСНз ф
?	+ СООСНз
+[н+]
сно
ОСОСН, "
:оосн,
ЮОСН,
-CHjCOOII Л соосн,
80% * к^ДсООСЩ
Хиноны, являющиеся диенофилами с двойными связями, каж-
дая из которых активирована двумя карбонильными группами,
легко дают аддукты с различными диенами, при этом в реакции
может участвовать одна или две молекулы диена, что приводит
1 Очень активные диенофилы с тройной углерод-углеродной связью — гек-
сафторбутин и дицианацетилен — реагируют с простыми диенами при комнат-
ной температуре:
гексафтор-
бутин
43
соответственно к моно- или бис-аддуктам пространственной кон-
фигурации:
Как видно из приведенных уравнений, диеновый синтез с хинонами
дает возможность синтезировать системы гидронафталина и гидро-
антрацена. Приведем еще несколько примеров, в которых аддукты
с хинонами использовали для получения различных ароматических
и гидроароматических систем.
Аддукты диенов с n-бензохиноном довольно легко могут быть
превращены в анизол и его замещенные. Для этого их гидрируют
и получающиеся дикетоны обрабатывают метиловым спиртом в
кислой среде:
тетралин
Такое превращение испытывает и продукт гидрирования самого
л-бензохинона — циклогександион-1,4:
44
циклогек- анизол
сандион-1,4
Алкилзамещенные хиноны менее реакционноспособны, чем п-бен-
зохинон, но толухинон сравнительно легко реагирует с дивинилом
по незамещенной двойной связи, давая аддукт, дегидрированием
которого получают 2-метилнафтохинон, или «метинон», применяе-
мый как кровеостанавливающее средство:
п-толухинон
метинон
Конденсацией диенов с нафтохиноном и последующим окислением
можно получить различно замещенные антрахиноны:
Аг
R— #
О	Аг О	Аг О
ИЛ
\/\Z R~\/\Z\Z	R-4/\zz\Z
II	II	II
2, З-диалкил-1-арил-
антрахинон
Интересно, что так называемый хинизаринхинон присоединяет бу-
тадиен не только по обеим незамещенным л-связям (т. е. по свя-
зям 2—3 и 6—7), но также и по тетразамещенной связи 9—10,
которая активирована четырьмя карбонильными группами:
45
9 о
О о
Физиологически активные природные вещества содержат, как правило, боль-
шое число асимметрических атомов углерода, поэтому осуществить их получение
достаточно сложно. То обстоятельство, что диеновый синтез всегда протекает
строго стереоизбирательно, позволяет использовать его в ходе стереонаправлен-
ного получения некоторых соединений сложной структуры. В качестве примеров
таких соединений укажем алкалоиды
Йохимбин
(* — асимметрические центры).
Многостадийный синтез иохимбина (имеет пять асимметрических атомов уг-
лерода, содержится в коре африканского дерева Coryn Johim.be, обладает сосу-
дорасширяющим действием, применяется в ветеринарии) начинается с получения
цис-окталиндиона-1,4 — продукта восстановления аддукта дивинила с «-бензо-
хиноном :
й««-окталиндион-1,4
В сложном синтезе резерпина (имеет шесть асимметрических атомов углерода,
содержится в растениях семейства Rauwolfia, широко применяется как препарат,
понижающий кровяное давление) в качестве исходного соединения используют
аддукт «-бензохинона с транс-винилакриловой (бутадиен-1,3-карбоновой) кисло-
той; аддукт имеет цис-сочлененные кольца, которые в ходе последующих реак-
ций превращаются в цис-сочлененные кольца Д и Е системы резерпина
46
о
о соон
Виниленкарбонат — циклический эфир угольной кислоты, формально напо-
минающий малеиновый ангидрид, но отличающийся от него по своей реакционной
способности, с диенами вступает в реакцию лишь при многочасовом нагревании
в автоклаве (160—180“). С 1,4-диацетоксибутадиеном-1,3 (имеющим транс-транс-
конфигурацию) образует аддукт, у которого все заместители имеют цис-ориен-
тацию относительно друг друга; его окисление приводит к цис-циклогексеитет-
раолу-3,4,5,6, иначе называемому кондуритом D, с четырьмя асимметрическими
центрами:
ососн,
ососн3
винилен—
карбонат
кондурит Д
Легко вступают в реакцию с сопряженными диенами диенофи-
лы, содержащие азот-азотную двойную связь, активированную
двумя электроноакцепторными группировками — эфиры азодикар-
боновой кислоты. Выходы аддуктов дивинила и 2,3-диметилбута-
диена-1,3 с азодикарбоновыми эфирами почти количественные:
COOR
NZ	/\N—COOR
N	COOR’
COOR
Нзс_H3C _/\n—COOR
НзС_| + N ~*H3C—	In—COOR
ROOC^
(чаще всего R=CH3 или C2Hs). Гидролиз этих аддуктов — эфи-
ров 1,2,3,6-тетрагидропиридазиндикарбоновых-1,2 кислот (незаме-
47
щенных и замещенных) — сопорвождается декарбоксилированием,
поскольку сначала при гидролизе образуются неустойчивые кар-
баминовые кислоты, содержащие карбоксильную группу у атома
азота:
1ОН~]
COOR
4- 2СОа + 2ROH.
1,2,3,6-тетрагидропиридазин
При гидролизе аддуктов арилбутадиена с азодикарбоновым эфи-
ром (25%-ной спиртовой щелочью) помимо декарбоксилирования
происходит также изомеризация двойной связи из положения 4 в
положение 2, что приводит к энергетически более устойчивой си-
стеме арилзамещенного 1,4,5,6-тетрагидропиридазина:
COOR ।
/^N—COOR
II	~**	->
N	\/N—COOR
ROOC^
Ar
/\N
З-арил-1,4,
5,6-тетра-
гидропири-
дазин
Непредельные шестичленные гетероциклы с двумя расположен-
ными по соседству атомами азота — 3-арил-1,4,5,6-тетрагидропи-
ридазины — подобны по строению 3-арилпиразолинам — непре-
дельным пятичленным гетероциклам с двумя соседними атомами
азота, которые легко теряют азот при нагревании со щелочью в
присутствии платины и превращаются в циклопропаны (реакция
Кижнера; см.: Юрьев Ю. К., Левина Р. Я., Шаба ров Ю. С.
Практические работы по органической химии, вып. IV. М., Изд-во
Моск, ун-та, 1969, с. 130):
арилпиразолины
арилциклопропан
48
По этой аналогии разработан метод получения труднодоступ-
ных арилциклобутанов из арилтетрагидропиридазинов:
арилциклобутан
Разложение, по-видимому, протекает гомолитически, поскольку
побочно образуются стирол и этилен:
Аг
+ Аг СН =СН2+ СН2 = СН2
Таким образом, в этом синтезе арилциклобутанов первая ста-
дия заключается в диеновой конденсации арилбутадиенов с азо-
дикарбоновыми эфирами (Р. Я. Левина, Ю. С. Шабаров).
N-Фенилимид азодикарбоновой кислоты, будучи очень актив-
ным диенофилом, с бутадиеном реагирует при —50°; он неустой-
чив, поэтому в реакцию его вводят в момент образования, не вы-
деляя из реакционной среды (получают окислением 4-фенилура-
зола трет.-бутилгипохлоридом или другим окислителем):
о,
7“ЧН (СНЭ),СОС1
Н1, —
N-фенилимид
азодикарбоновой
кислоты
4-феннлуразол
N-Фенилимид азодикарбоновой кислоты более реакционноспосо-
бен, чем эфиры азодикарбоновой кислоты, которые с некоторыми
диенами вступают в реакцию аллильного (заместительного) при-
соединения, что приводит к диэфирам монозамещенных гидразо-
дикарбоновых кислот:
49
COOR
CHS	Nz
(CH3)2C = CH - CH = с/ +	||
\	N
2, 5-диметилгексадиен-2, 4 CH3	/
ROOC
-> (CH3)2C = CH — CH = C — CH2 —N — COOR
CH3 NHCOOR
Аналогичны по строению азодикарбоновому эфиру азодиаро-
илы, реакция которых с бутадиенами представляет метод
синтеза М,М-диароил-1,2,3,6-тетрагидропиридазинов (Р. Я. Леви-
на, Ю. С. Шабаров):
СОАг ]
N	—//\n—-СОАг
II ->
N	— \/N—СОАг
АгОС	।
азодиароилы	диароилтетра-
гидропиридазины
Таким образом, при применении азосоединений как диенофи-
лов диеновый синтез приводит не к карбоциклическим шестичлен-
ным системам, а к шестичленным гетероциклам.
Весьма разнообразны диенофилы несимметричного строения с
двойной связью, активированной лишь одной электроноакцептор-
ной группой; они, естественно, несколько менее реакционноспособ-
ны. К ним относятся а, p-непредельные кислоты, их эфиры и нитри-
лы, а также а, Р-непредельные кетоны и альдегиды:
|х 4COOR	f\- сн II ^^HCCOOR	CN	XR	XR
эфиры акри- ловой кислоты	эфиры коричной кислоты	акрило- нитрил	винилкетоны, акролеин R=H	этинилкетон
50
Диеновый синтез с участием а, p-непредельных кислот (акрило-
вой, ее гомологов и циклических аналогов) или их эфиров являет-
ся методом синтеза циклогексен-3-карбоновых кислот или их эфи-
ров:
Y'Vc.H,
соон
соон
эфир циклогек-
сен-3-карбоновой
кислоты
2-фенилциклогек-
сен-3-карбоновая
кислота
В аддукте акрилового эфира с 1,4-диацетоксибутадиеном имеются три асим-
метрических атома углерода; последовательным рядом реакций из этого аддукта
была получена d, Z-шикимовая кислота (родственная хинной кислоте), играющая
роль в процессе обмена некоторых простейших организмов:
Z-шикимовая
кислота
В качестве диенофила можно применять Р-пропиолактон, легко превращаю-
щийся в акриловую кислоту в процессе диенового синтеза:
пропиолактон
Эта реакция является примером, когда в качестве диенофильного компонента
в реакционную среду вводят насыщенное соединение (псевдодиенофил), в котором
диенофильная связь возникает в процессе реакции (в приведенном примере —
при изомеризации 0-лактона в аф-непредельную кислоту).
Известны реакции, в которых вместо диенового компонента применяют на-
сыщенные соединения (псевдодиены). Так, в диеновом синтезе можно исполь-
зовать пинаконы, дегидратация которых в диены протекает в процессе взаимо-
действия с диенофилом при нагревании исходных компонентов в уксусном ангид-
риде как растворителе, например:
СН3
H3C-f<OH (СН3СО)2О
Н3С—Ч—ОН	-н2о
СН3
пинакон из
ацетона
51
Диенофилом несимметричного строения является и эфир мети-
ленмалоновой кислоты, аддукты которого с диенами представляют
эфиры циклогексен-З-дикарбоновой-1,1 кислоты:
метиленмалоиовый
эфир
Н3С
н3с-
:oor
!OOR
Из этих эфиров конденсацией с мочевиной легко получаются бар-
битуровые кислоты своеобразного спиранового строения, в кото-
рых оба цикла (карбо- и гетероцикл) имеют один общий атом
углерода (некоторые замещенные барбитуровые кислоты применя-
ются как снотворные):
HaC<XCOOR
нзс-^хХ^соок
H2NK
Ъс=о
нХ
спиробарбитуроваЖ
кислота
Синтез альдегидов ряда циклогексена осуществляют взаимо-
действием диенов с а, p-непредельными альдегидами как диенофи-
лами:
Реакция между гомологом акролеина — кротоновым альдегидом—
и гексадиеном-2,4 (дипропенилом) является первой стадией в син-
тезе душистого вещества «виолии»:
СН3
I
Ч
сн3
сн3
\
—Снз +(сн8)аСО
ч/-сно f°H4
I
сн3
сн3
I
СНд
сн=снсосн3
сн3
виолия
52
Широко используется как диенофил метилвинилкетон — пер-
вый член ряда а, 0-непредельных кетонов:
Описана интересная реакция между метилвинилкетоном и ме-
токсипреном, приводящая к получению ацетилциклогексанона
(А. А. Петров), содержащего две реакционноспособные кетонные
группировки, превращения которых могут служить дальнейшим
синтетическим целям:
—сосн8
4-ацетилциклогексанон
Более сложным и важным примером использования диенового
синтеза между метоксипреном и винилкетонами является много-
стадийный синтез андростандиона — дикетона, близкого по своему
строению андростерону и тестостерону (мужским половым гормо-
нам) :
тестостерон
В ходе получения этого дикетона дважды проводится диеновая
конденсация с участием непредельных циклических кетонов —
2-метициклогексен-2-она и 2-метилциклопентен-2-она:
53
Алкилэтинилкетоны, также относящиеся к а, ^-непредельным
кетонам, с алкадиенами дают 1-ацилциклогексадиены-1,4, имею-
щие группировку алкилвинилкетонов, благодаря чему они в свою
очередь могут служить диенофилами в последующих реакциях
Дильса — Альдера:
Ч COR
120—130°; Зч
75%
ацилциклогек-
садиены
Довольно активными диенофилами являются мостиковые бици-
клические непредельные системы — соединения ряда бицикло-
[2.2.1] гептена1 (эндометиленциклогексены) и 7-оксабицикло-
[2.2.1] гептена (эндоксоциклогексены), содержащие простран-
ственно напряженную двойную связь (о их получении и реакциях
подробнее см. ниже):
1 О номенклатуре бициклических соединений см. с. 60.
54
Соединения ряда этилена и ацетилена, в которых двойная связь
свободна от напряжения и не активирована какими-либо замести-
телями, малоактивны и реагируют лишь в жестких условиях —
при длительном нагревании в автоклаве. Так, сам этилен реаги-
рует с алкадиенами при 200° и начальном давлении порядка
900 атм (выходы аддуктов зависят от активности диенового ком-
понента) :
50%
Малоактивны как диенофилы в реакции с алкадиенами и такие
олефиновые соединения, как виниловые эфиры, арилалкены и
арилалкины:
виниловый стирол стильбен	толан
эфир
Реакция между дивинилом и инденом — циклическим аналогом
стирола — осуществляется, например, при нагревании в автоклаве
(14 ч) в присутствии ацетилендикарбонового эфира, затрудняю-
щего полимеризацию исходных веществ:
55
4 \/4Z \/\z\z
инден тетрагидрофлуорен
По схеме диенового синтеза протекает димеризация алифатиче-
ских диеновых углеводородов, подробно изученная С. В. Лебеде-
вым еще в 1907—1913 гг., который установил, что при нагревании
диенов в отсутствие перекисей или кислорода воздуха (инициирую-
щих полимеризацию, протекающую по радикальному механизму)
продуктами реакции являются циклические соединения димерного
состава. С. В. Лебедев не только установил строение этих димеров,
но, что особенно интересно, дал общую схему их образования, ко-
торая соответствует современным представлениям о 4+2->-6-цикло-
присоединении: одна молекула диенового углеводорода реагирует
по 1-му и 4-му углеродному атому сопряженной системы, а вторая
присоединяется к ней по одной из сопряженных связей, т. е. реа-
гирует по Г-му и 2'-му углеродному атому:
< • W - С?
Таким образом, первая молекула выступает как диеновый компо-
нент, а другая служит диенофилом, в котором диенофильная
связь активирована сопряжением со второй я-связью. Иными сло-
вами, С. В. Лебедев за много лет до работ Дильса и Альдера
впервые предложил схему, которая явилась основной вехой на
пути развития диенового синтеза как реакции общего характера.
Димеризация дивинила приводит к 1-винилциклогексену-З, являющемуся ос-
новным, но не единственным продуктом реакции: наблюдается образование и
других димерных соединений иного строения — изомерных 1,2-дивинил- (цис- и
транс-) и 1,3-дивинилциклобутаиов и циклооктадиенов с различным положением
двойных связей; эти соединения в зависимости от условий реакции получаются
в различных количествах в результате одновременно протекающих процессов по
схемам, отличным от диенового синтеза:
ВЯнялдиклогек-
сеи
лобутаяы
Более сложно осуществляется димеризация диенов несимме-
тричного строения — пиперилена и изопрена, поскольку только по
схеме диенового синтеза следует ожидать несколько изомерных
циклогексеновых углеводородов, например, в случае изопрена:
СН8
дипентен
дипрен, 1,3-диметил-З-
углеводород винилциклогек-
Лебедева сен
1, 4-диметил-4-
винилциклогексен
В реакцию могут вступать и два различных диеновых углево-
дорода; так называемая совместная «димеризация» осуществля-
лась для дивинила с изопреном, гексадиено м-2,4 (А. Ф. Плата и
Н. А. Беликова) и 2,3-диметилбутадиеном (А. А. Петров и
Н. П. Сопов), например:
80 %	20 %
Своеобразными диенофилами несимметричного строения оказа-
лись нитрозобензол и его гомологи (Аг—N=O), которые можно
рассматривать как гетероаналоги стирола с азот-кислородной
двойной диенофильной связью (А. Н. Несмеянов, Ю. А. Арбузов):
дигидроортоксазины
Их аддукты представляют собой непредельные шестичленные гете-
роциклические соединения с двумя гетероатомами — дигидроорто-
ксазины. Структура была строго доказана восстановлением с про-
межуточным образованием аминоспиртов, дегидратация которых
57
протекала с циклизацией в N-арилпирролины, а последующее вос-
становление — в соответствующие N-арилпирролидины:
4-2 ГН]
(Zn+CHsCOOH)
CH—СН2—NHCeH6
II	---->
сн—сн2он	- нао
фениламинобутенол
|__/>N -СвНБ	|_>N-CeH6
N-фенилпирролин N-фенилпирролидин
С формальдегидом дивинил взаимодействует по схеме диено-
вого синтеза в присутствии серной кислоты, образуя 3,6-дигидро-
2Н-пиран, т. е. диенофильной связью, как оказалось, может быть
не только углерод-углеродная или азот-кислородная, но и угле-
род-кислородная двойная связь. Также реагируют алкилбутадиены
и с другими альдегидами жирного ряда (ароматические альдегиды
ввести таким образом в диеновый синтез не удалось), но реакция
часто осложняется побочными процессами:
дигидропиран
Весьма сильные диенофилы с углерод-кислородной двойной
связью — диэфиры и динитрил (цианистый карбонил) мезоксале-
вой кислоты:
COOR
COOR
мезоксалевый эфир цианистый карбонил
58
Последний устойчив и очень реакционноспособен, не полимери-
зуется и не изменяется при хранении, но реагирует на холоду с
водой со взрывом ((CN)2CO+H2O->-2HCN + CO2).
Реакции цианистого карбонила с различными диенами проте-
кают в значительно более мягких условиях, чем упомянутые выше
реакции с альдегидами, и дают более высокие выходы аддуктов:
C(CN)2 20-; 18 Ч
ч+ О 75% '
Н8С- ( С (CN)2	ч H8C-,f NcN)2
н,Д+<5 ^нД>
Из гетеродиенофилов, реагирующих с диенами по азот-угле-
родной связи, следует упомянуть нитрилы, которые присоединя-
ются по схеме диенового синтеза, но в очень жестких условиях и
образующиеся аддукты — 3,6-дигидропиридины — в условиях
реакции легко теряют водород, превращаясь в пиридины:
нитрил
СН8
-2М А
метилалкилпиридины
Также реагирует и дициан:
С—CN
480е
-2[Н]
Побочно образуется дипиридил за счет диенового синтеза обоих
нитрильных групп с двумя молекулами дивинила:
дипиридил
59
Из приведенных примеров реакции Дильса—Альдера видно,
что диеновый синтез может служить методом получения не толь-
ко карбоциклов ряда циклогексена или циклогексадиена, но и ге-
тероциклов с одним или двумя гетероатомами (одинаковыми или
различными). Значение диенового синтеза этим, естественно, не
ограничивается, оно неизмеримо шире, поскольку образующиеся в
этой реакции аддукты часто являются исходными соединениями
при получении органических веществ многих других классов.
Диеновый синтез легко осуществляется не только в препаративных
целях, но и в промышленном масштабе.
Циклические диеновые углеводороды и их производные в дие-
новом синтезе. Простейшими циклическими углеводородами сопря-
женного строения являются циклопентадиен-1,3 и циклогексади-
ен-1,3. Реакции этих диенов, их гомологов и замещенных (напри-
мер, гексахлорциклопентадиена) с диенофилами протекают по
общей схеме диенового синтеза и приводят к аддуктам так назы-
ваемого «мостикового» типа (в положении 3,6 шестичленного цик-
ла содержится эндометиленовый или эндоэтиленовый мостик соот-
ветственно), т. е. к бициклическим системам. Поэтому аддукты
циклопентадиена как замещенные бицикло [2.2.1] гептена-2 (сам
бицикло[2.2.1] гептен-2 называют по числу всех углеродных атомов
в молекуле и по положению двойной связи, если вести нумерацию
от «головы моста»; цифры в квадратных скобках указывают коли-
чество атомов углерода, находящихся между двумя третичными
атомами углерода, общими для двух циклов; бициклогептен назы-
вают также «норборненом»):
бицикяо[2,2.1] гептен—2
Аддукты с циклогексадиеном-1,3 являются замещенными бицикло-
[2.2.2] октена-2:
бицикло [2.2.2] октен-2
Циклопентадиен, обладающий закрепленной цисоидной
конфигурацией, легко вступает в диеновый синтез со многими дие-
нофилами, даже такими, которые сравнительно малореакционно-
способны. Очень энергично с выделением тепла взаимодействует
циклопентадиен с малеиновым ангидридом в бензольном растворе;
60
образующийся аддукт, как уже обсуждалось ранее (см. гл. I),
имеет эндо-конфигурацию, но при 165° он изомеризуется в экзо-
аддукт, который в свою очередь при 200° диссоциирует на исход-
ные компоненты, т. е. подвергается ретродиеновому распаду.
Легко протекают реакции с ацетилендикарбоновой кислотой и ее
эфирами, образующиеся соединения ряда эндометиленциклогек-
садиена (бициклогептадиена или норборнадиена) могут гидриро-
ваться избирательно, т. е. с большей скоростью гидрируется неза-
мещенная двойная связь; ко второй замещенной л-связи водород
присоединяется со стороны эндометиленового мостика (в экзо-
положение), поэтому образующийся предельный диэфир имеет
эндо-конфигурацию:
соон
и-Бензохинон последовательно реагирует с одной или двумя
молекулами циклопентадиена, давая моно- и бис-аддукты, причем
первый образуется во много раз быстрее, чем второй; это обстоя-
тельство свидетельствует о том, что присоединение диена к моно-
аддукту, имеющему эндо-конфигурацию (см. гл. I), протекает как
пространственно более затрудненная реакция — моно-аддукт ата-
куется молекулой циклопентадиена с экзо-стороны, поэтому бис-
аддукт, образующийся таким образом соответственно принципу
стерического контроля, Альдера и Штейна (см. ниже), имеет эндо-
цис-анти-цис-конфигурацию, указанную на приводимой ниже
схеме:
61
Эта реакция (кинетика, влияние различных каталитических
добавок и полярности растворителя) изучена особенно подробно,
но ее течение осложняется способностью образующихся аддуктов
легко диссоциировать на исходные компоненты. Строение моно-
аддукта доказано гидрированием и последующим окислением в
хорошо описанную цис-циклопентандикарбоновую-1,3 кислоту
Моно-аддукт использовался как исходное соединение при получении так на-
зываемого гомопентапризмана, имеющего объемное (каркасное) строение; благо-
даря пространственно сближенным в эидо-аддукте л-связям при фотолизе в ре-
зультате внутримолекулярного циклоприсоединения образовывался дикетон, из
которого последовательным рядом реакций и был получен гомопентапризман
гомопентапризман
т. пл. 98-100в
Различное синтетическое применение находит легко протекаю-
щая конденсация циклопентадиена с азодикарбоновым эфиром
Например, гидролиз аддукта, сопровождающийся декарбоксили-
1 Детальное изучение именно этой реакции позволило О. Дильсу и К. Аль-
деру впервые предложить общую схему диенового синтеза.
62
рованием, приводит к 2,3-диазабицикло [2.2.1] гептену-5 (эндоме-
тилентетрагидропиридазину):
2,3-диазобицикло
[2.2.1] гептен-5
Реакция циклопентадиена с азодикарбоновым эфиром служит
также первой стадией в синтезе бицикло [2.1.0] пентана •— углево-
дорода с конденсированной системой двух малых циклов четырех-
и трехчленного; с этой целью аддукт сначала гидрируют (в при-
сутствии катализатора), затем гидролизуют и декарбоксилируют
в 2,3-диазабицикло[2.2.1] гептан; последний окисляют в цикличе-
ское азосоединение, содержащее фрагмент азоформы пиразолина
(2,3-диазабицикло[2.2.1]гептен-2), из которого при нагревании со
щелочью выделяется азот, что и приводит к образованию трех-
членного цикла конденсированной системы бицикло[2.1.0] пентана:
бицикло[2.1.0.] пентан
Бицикло[2.1.0] пентан — один из наиболее напряженных бициклических углеводо-
родов—синтезирован и другим путем, а именно, полученный фотолизом цикло-
пентадиеиа бицикло[2.1.0]пентен-2 (наименьшая из возможных ненасыщенных
бициклических систем) с двойной напряженной связью легко гидрируется диими-
дом (о диимиде см.: Юрьев Ю. К.., Левина Р. Я-, III а б а р о в Ю. С.
Практические работы по органической химии, вып. IV. М., Изд-во Моск, ун-та,
1969, с. 97):
63
Av
7o%
H№NH
Из 2,3-диазабицикло[2.2.1] гексана также получают трудно доступ-
ный иным путем цис-1,3-диаминоциклопентан:
+ н2
(SnCl2 +НС1)
цис—1,3 -диаминоциклопентан
Таким образом, аддукт циклопентадиена с азодикарбоновым
эфиром используется в синтезе не только гетероциклических, но и
карбоциклических систем.
С диенофилами несимметричного строения, которые уступают
по своей активности симметричным диенофилам, циклопентадиен
реагирует в более жестких условиях (при 160—190°), давая чаще
всего стереоизомерную смесь эндо- и экзо-форм (см. подробнее
гл. I) аддуктов мостикового типа с заместителями в циклогексено-
вом кольце:
R = СН3, СНО, СН2OH,CH2Br ,COR,OCOCH3.
Из аддукта с акролеином каталитическим гидрированием двойной
связи и восстановлением альдегидной группы в метильную (по
Кижнеру) синтезирован гомолог бицикло [2.2.1] гептана — 2-метил-
бицикло[2.2.1] гептан, а также бициклический кетон — норкамфо-
ра 1 (бицикло[2.2.1] гептанон):
1 Приставка «нор» означает отсутствие в данном соединении заместителей,
которые имеются в природном соединении с подобным углеродным скелетом; в
данном случае сравните с камфорой
64
2- метилбициклогептан
Норкамфору синтезируют также и по иной схеме, исходя из ад-
дукта циклопентадиена с а-ацетоксиакрилонитрилом (продуктом
взаимодействия кетена с цианистым водородом:
CN
2СН2=С=О+ HCN->CHa =
ососн3
который омыляют, что сопровождается отщеплением молекулы
HCN, а непредельный кетон затем гидрируют:
CN ососщ
Циклопентадиен вступает в диеновый синтез с этиленовыми и
ацетиленовыми углеводородами в жестких условиях. Так, с эти-
леном реакция осуществляется длительным нагреванием в авто-
клаве (при начальном давлении этилена 90 атм):
В реакцию можно вводить не сам циклопентадиен, а и его димер.
При проведении диенового синтеза в присутствии алюмосиликат-
ного катализатора, помимо норборнена образуется еще один изо-
мерный углеводород — нортрициклен, выход которого возрастает
3 Зак. 74
65
с увеличением температуры и продолжительности реакции. Как
оказалось, нортрициклен является продуктом изомеризации нор-
борнена, которую можно легко осуществить над SiO2 при комнат-
ной температуре (А. Ф. Плата, Е. М. Мельвицкая):
Норборнен содержит шестичленный цикл в конформации ван-
ны, закрепленной эндометиленовым мостиком, поэтому он обла-
дает значительным напряжением и двойная связь в нем более
реакционноспособна, чем любая л-связь в менее напряженной си-
стеме.
Повышенная реакционная способность двойной связи в норборнене прояв-
ляется в реакциях присоединения: она легко избирательно гидрируется, окис-
ляется (по Вагиеру или Прилежаеву), присоединяет соли окиси ртути; особенно
характерно присоединение фенилазида, который можно рассматривать как спе-
цифический реагент на двойную связь, активированную электроноакцепторными
группами или напряжением (например, Циглер использовал феиилазид для иден-
тификации цис- и тданс-цнклоалкенов со средними размерами цикла, а Виттиг —
в качестве вещества, улавливающего циклоалкины, от циклопентииа до цикло-
октина, в момент их образования). Будучи 1,3-диполем, феиилазид (его
получают действием азотистой кислоты на солянокислый феиилгидразин:
+ - HNO,	+ -	+	-
C.H6NHNHSC1 >.C.H5N=N=N<- C.HSN-N=N ),
присоединяется по схеме 1,3-диполяриого (2+3->5)-циклоприсоединения, давая
производные дигидротриазола (N-фенилтриазолины):
Реакции присоединения по двойной связи системы норборнена протекают сте-
реоизбирательно, а именно, двойная связь атакуется присоединяющимся реа-
гентом со стороны эндометилеиового мостика, поэтому образующиеся вещества
имеют экзо-строение (принцип стерического контроля Альдера н Штейна):
Только в том случае, если мостиковый углеродный атом несет заместители, ко-
торые экранируют двойную связь, подход присоединяющегося реагента осущест-
вляется с эндо-стороны:
66
Напряженной является и система норборнадиена (бицикло
[2.2.1]гептадиена-2,5). Сам углеводород получается нагреванием
циклопентадиена с ацетиленом под давлением (10—30 атм), в про-
точной системе либо, наконец, в присутствии катализатора
CuCl[N = C(CH2)4C=N] (А. Ф. Платэ, М. А. Прянишникова):
Норборнадиен склонен к скелетной изомеризации и при высокой
температуре превращается в циклогептатриен, поэтому при прове-
дении диенового синтеза в более жестких условиях образуется
смесь этих углеводородов с преимущественным содержанием по-
следнего (М. А. Прянишникова, Е. М. Мельвицкая, А. Ф. Платэ):
Норборнен и норборнадиен используют как мономеры для полу-
чения полимеров и сополимеров.
Норборнадиен, будучи активным диенофилом, легко вступает в
реакцию с различными диенами (образующиеся аддукты иногда
обладают высокой инсектицидной активностью), в том числе с
циклопентадиеном и гексахлорциклопентадиеном. Присоединение
молекулы циклопентадиена также происходит со стороны метиле-
нового мостика, поэтому продуктом реакции является изомер с
указанной на схеме конфигурацией:
В норборнадиене двойные связи формально изолированы друг
от друга, однако закрепленная форма ванны циклогексадиенового
кольца приводит к тому, что эти связи оказываются пространствен-
но сближенными и в химических реакциях ведут себя как сопря-
женные. Поэтому норборнадиен реагирует с различными диено-
а
67
филами — малеиновым ангидридом, акрилонитрилом, азодикарбо-
новым эфиром, тетрацианэтиленом — по схеме, близкой к схеме
диенового синтеза с присоединением диенофила как бы в положе-
ние 1,4 и образованием новой о-связи (как бы в положении 2,3,
если перенумеровать только <$р2-гибридизованные атомы углеро-
да,), но на самом деле имеет место 2 + 5->-7-циклоприсоединение.
Такие реакции называют «гомореакциями» диенового синтеза, или
гомодиеновым синтезом-, получающиеся соединения принадлежат
к ряду трициклена;
Аддукт с азодикарбоновым эфиром — замещенный гидразодикар-
боновый эфир — способен к превращениям, обычным для соеди-
нений этого ряда: он гидролизуется с декарбоксилированием; окис-
ление образующегося гидразосоединения в азосоединение и по-
следующее отщепление азота приводит к углеводороду объемного
строения — квадрициклену, в котором два трехчленных цикла за-
креплены метиленовым мостиком в цис-положении по отношению
к находящемуся между ними четырехчленному циклу:
COOR
хвадрицихлеи
С более высоким выходом квадрициклеи получается фотолизом норборнадиеиа
(реакция обратима):
68
200°; 5 мин
Интересно отметить, что аддукт циклопентадиена с ацетиленди-
карбоновой кислотой фотохимической реакцией может быть непо-
средственно превращен в изомерную ему двухосновную кислоту
ряда квадрициклена:
соон
соон
соон
Таким образом, аддукты циклопентадиена с ацетиленом и его
производными (например, с ацетилендикарбоновой кислотой)
могут участвовать в дальнейшем диеновом синтезе в качестве дие-
нофилов (по одной из двойных связей напряженного шестичлен-
ного цикла) и как диены, присоединяющие диенофилы своеобраз-
ным путем — по системе пространственно сближенных двойных
связей.
Широко известна способность циклопентадиена легко димери-
зоваться при комнатной температуре и непродолжительном стоя-
нии; в мономерной форме циклопентадиен устойчив длительное
время только при температуре ниже —25°. Строение димера дол-
гое время подвергалось дискуссии, лишь Альдер и Штейн в 1931 г.
окончательно его установили, доказав реакцией с фенилазидом и
избирательным гидрированием наличие в нем напряженной двой-
ной связи, входящей в систему бицикло[2.2.1]гептена. Тем самым
была подтверждена предложенная ранее схема димеризации,
в которой одна молекула циклопентадиена выступает как диен,
а вторая — как диенофил (Виланд):
И
При нагревании до 170° димер эндо-конфигурации (называемый
раньше a-формой) изомеризуется в экзо- (или £-) изомер, а при
180° подвергается ретродиеновому распаду; именно в этих усло-
виях и получают циклопентадиен из димера. Димер в свою оче-
редь способен еще реагировать с циклопентадиеном, давая тример
(тетрамер и высшие олигомеры) со структурой, определяемой сте-
рическим контролем:
Из димера циклопентадиена эндо-конфигурации получают также углеводород,
называемый адамантаном, химия которого иитенсивио развивается. С целью по-
лучения адамантана димер циклопеитадиена подвергают исчерпывающему гидри-
рованию и последующей изомеризации нагреванием с хлористым алюминием:
В реакции с ациклическими диенами сопряженного строения
циклопентадиен преимущественно реагирует как диен, поэтому
совместная димеризация циклопентадиена с дивинилом приводит к
5-винилбицикло[2.2.1]гептену (в качестве основного, но не един-
ственного продукта реакции), изомеризацией которого получают
5-этилиденбицикло[2.2.1]гептен-2 (А. Ф. Платэ, Н. А. Беликова),
применяемый как добавка при получении синтетического каучука
сополимеризацией этилена с пропиленом (СКЭП):
5-виннл—
5- етилиденбицнкло-
(2.2.1] гептен-2
70
Использование в диеновом синтезе гомологов циклопентадиена
ограничено из-за их склонности к изомеризации. Так, метилцикло-
пентадиен (выше 10°) всегда представляет равновесную смесь
трех изомеров (В. А. Миронов, Е..В. Соболева, А. Н. Елизарова):
СН8
5-метил-	1-метил- 2-метилциклопентадиен
(следы)	(35—50 %)	(50—65 %)
Поэтому и диеновый синтез не приводит к индивидуальным
продуктам реакции.
Самостоятельный интерес представляют цнклопентадиены с двойной связью
в заместителе. Такне соединения способны к внутримолекулярному диеновому
синтезу, т. е. л-связь заместителя, выступая в роли диенофильной, реагирует с
сопряженной системой циклопентадиена, что приводит к аддуктам трицикличе-
ской структуры. Например, 5-гомоаллилциклопентадиен дает углеводород, назы-
ваемый брексеном, в котором почти отсутствует напряжение:
б р е к с е н
Из замещенных циклопентадиена особенное внимание заслу-
живает гексахлорциклопентадиен, промышленное получение кото-
рого осуществляется обычно высокотемпературным хлорированием
пентана. Гексахлорциклопентадиен вступает в диеновый синтез
со многими диенофилами и образует аддукты, которые часто обла-
дают высокой инсектицидной активностью. Еще несколько лет на-
зад в широких масштабах производились такие инсектициды, как
альдрин и дильдрин, название которых связаны с именами авто-
ров реакции диенового синтеза, а также изодрин, хлордан и дру-
гие, получаемые либо непосредственно диеновым синтезом с при-
менением гексахлорциклопентадиена, либо дальнейшими превра-
щениями этих аддуктов:
71
Следует обратить внимание, что гексахлорциклопентадиен в реак-
циях диенового синтеза участвует только как диен, а циклопента-
диен — и как диенофил; конфигурация альдрина иллюстрирует
еще раз принцип стерического контроля Альдера и Штейна. Син-
тез изодрина, наоборот, является примером немногочисленных
исключений из этого правила, поскольку циклопентадиен присое-
диняется к гексахлорбицикло[2.2.1]гептадиену с эндо-стороны:
Получаемые полихлорзамещенные инсектициды могут быть под-
вергнуты дехлорированию с замещением всех атомов хлора на
водород кипячением их в тетрагидрофуране с литием в трет.-бути-
ловом спирте (метод Брука, Томпсона и Винштейна), например:
72
Li/(CHf)jCOH
ТГф
Из продукта фотолиза изодрина этой реакцией получают инте-
ресный углеводород, имеющий строение типа «клетки»:
Практическое применение находит аддукт гексахлорциклопен-
тадиена с малеиновым ангидридом — так называемая «ХЕТ-кис-
лота» (формулу см. выше — гл. I, раздел «Компоненты диенового
синтеза»). Полиэфиры ХЕТ-кислоты, получаемые этерификацией
многоатомными спиртами, используются как добавки к краскам
для повышения их огнеупорных свойств.
В диеновом синтезе гексахлорциклопентадиен — компонент,
обедненный электронной плотностью и, как показали кинетические
исследования, скорость реакции его с малеиновым ангидридом во
много раз меньше, чем с циклопентадиеном или, например, с п-ме-
токсистиролом, имеющим электронодонорный заместитель. Полу-
чить же аддукт с тетрацианэтиленом вовсе не удается даже в
жестких условиях. Таким образом, диеновые реакции с гексахлор-
циклопентадиеном имеют «обращенный электронный характер»
(см. гл. I, раздел «Компоненты диенового синтеза»).
Аддукты полихлорциклопентадиена используют также при по-
лучении термостойких и огнеупорных полиэфирных и эпоксидных
смол, силиконовых полимеров и эластомеров, добавок к смазочным
маслам. Биологически активные соединения на базе гексахлорцик-
лопентадиена, применяемые для борьбы с вредными насекомыми
(инсектициды), бактериями (фунгициды), с сорняками (гербици-
ды), оказались высокотоксичными и для теплокровных, особенно
из-за их способности постепенно накапливаться в организме чело-
века и животных. При замене одного или обоих атомов хлора у
эндометиленового мостика на другие группы токсичность самих
аддуктов и продуктов их превращений снижается.
Из гексахлорциклопентадиена при действии щелочи в метило-
вом спирте с хорошим выходом получается 5,5-диметокситетра-
хлорциклопентадиен, аддукты которого легко превращаются в сое-
динения с эндокарбонильным мостиком, охотно ароматизирующие-
ся при декарбоксилировании и последующем окислении, например:
73
Поскольку диметокситетрахлорциклопентадиен содержит две
электронодонорные группировки, то с дионофилами, имеющими
электроноакцепторные заместители он взаимодействует, естествен-
но, гораздо активнее, чем гексахлорциклопентадиен; легко реаги-
рует он и с этиленом, давая аддукт с высоким выходом:
К замещенным циклопентадиена относятся фульвены (алкили-
денциклопент адиены) :
желтое неустойчивое
масло
6,6-диалкидфульвены,
оранжевые масла
6,6- дифенилфульвен.
кристаллический
(призмы) красного цвета
Их получают кротоновой конденсацией циклопентадиена с кето-
нами:
\сн, H-O=CR2
ч/
Футьвены реагируют лишь с одной молекулой диенофила, присое-
диняя его всегда в положение 1,4 по цисоидным гомоаннулярным
связям (вторая сопряженная система связей — 1,2,5,6 или
3,4,5,6 — с трансоидной закрепленной конфигурацией не может
присоединять диенофил):
74
Стереохимически реакции с фульвенами протекают менее изби-
рательно, чем для циклопентадиена, и в зависимости от условий
почти всегда образуется смесь эндо- и экзо-форм в различном
соотношении (см. гл. I).
Аддукты фульвенов, как и в случае циклопентадиена, имеют
мостиковую структуру с напряженным шестичленным циклом, за-
крепленным в форме ванны, поэтому они также избирательно
гидрируются и легко присоединяют фенилазид, образуя характе-
ристические кристаллические производные ряда N-фенилтриазо-
лина:
Производными циклопентадиена являются циклопентадиеноны,
из которых особенно устойчивы и хорошо изучены их полиарил-
замещенные — так называемые «циклоны» — продукты кротоно-
вой конденсации ароматических о-дикетонов с диметиленкетонами.
Так, например, из простейшего ароматического о-дикетона — бен-
зила и дибензилкетона — в триэтиленгликоле в присутствии осно-
вания (окиси триметилбензиламмония) очень легко получают
тетрафенилциклопентадиенон, называемый тетрациклоном:
С.НБ
Н5С6-(У°
Н5С6—С^о
Н2С—СвН6
+	>0=0
НаС—С5Нв
93 %
бензил	дибеизилкетон
тетрациклон
(т. пл. 220*, фиолетовый)
Фенантренхинон с дибензилкетоном дает тетраарилзамещенный
циклопентадиенон, получивший название фенциклон:
75
феициклон
(т. пл. 273°, темноэеленый)
а аценафтенхинон с дибензилкетоном образуют ацециклон
аценафтеихннон
Циклоны, имеющие, подобно циклопентадиену, закрепленную
цисоидную диеновую систему, очень активны как диены в диено-
вом синтезе и практически реагируют почти со всеми диенофила-
ми (Дильтей). Они содержат эндокарбонильный мостик, который
при нагревании очень легко отщепляется. Так, тетрациклон с
малеиновым ангидридом при кипячении в бензоле почти с коли-
чественным выходом образует аддукт, который при дальнейшем
нагревании в хлорбензоле (или другом более высококипящем ра-
створителе) декарбонилируется, превращаясь в производное цик-
логексадиена:
Если отщепление окиси углерода происходит в присутствии избыт-
ка малеинового ангидрида, то образуется бис-аддукт:
моно-
7*
При диеновом синтезе эквимолекулярных количеств тетрацик-
лона и малеинового ангидрида в хлорбензоле декарбонилирование
происходит уже в процессе реакции, и из реакционной среды сразу
можно выделить производное циклогексадиена, которое легко
окисляется при кипячении в нитробензоле в соответствующее аро-
матическое соединение. Последнее можно получить и непосредст-
венно взаимодействием циклона с малеиновым ангидридом, если
в качестве растворителя применить нитробензол:
—СО
(СвН6С1)
-2{Н}
(CeHsNO2)
Аддукты циклонов с диенофилами ряда ацетилена особенно
легко отщепляют эндокарбонильный мостик (т. е. окись углерода)
в процессе самого диенового синтеза, образуя соединения арома-
тического ряда:
с*н5
77
Реакции между тетрациклоном и арилзамещенными ацетиленами
интересны в том отношении, что дают возможность легко синте-
зировать труднодоступные иным путем полифенилированные бен-
золы — пента- и гексафенилбензол:
СвН
пентафенилбензол
5
+ ||| Н5Св-/\-СвН5
С«Н5	I
-СО HBce-4J-ceH5
I
С«н5
гексафенилбензол
Аддукт тетрациклона с толаном (дифенилацетиленом) настолько
неустойчив, что ароматизируется, теряя окись углерода, уже в
процессе диеновой конденсации, в то время как аддукт этого же
диена со стильбеном (1,2-дифенилэтиленом) отщепляет окись угле-
рода только при 225—235°, превращаясь в гексафенилциклогекса-
диен, который дегидрируется в гексафенилбензол при дальнейшем
нагревании в нитробензоле:
Под действием хлористого алюминия в гексафенилбензоле происходит отщеп-
ление водорода из сближенных орто-положений соседних бензольных колец
78
(эта места отмечены точками) н в результате такой дегидроциклизации обра-
зуется полнядерная конденсированная система (гексабензокоронен).
AlClj
Очень неустойчивым оказался аддукт тетрациклона с норборна-
диеном; в процессе реакции он отщепляет не только окись углеро-
да, но и молекулу циклопентадиена, что приводит к тетрафенил-
бензолу с 92%-ним выходом:
Интересна реакция тетрациклона и с трифенилциклопропеном,
который уступает по своей реакционной способности самому цик-
лопропену, но значительно активнее транс-стильбена или толана.
Диеновый синтез протекает уже при комнатной температуре и
образующийся с 88%-ным выходом аддукт при небольшом нагре-
вании декарбонилируется с одновременным размыканием трех-
членного цикла, превращаясь в гептафенилциклогептатриен:
Тетрациклон не удалось ввести в реакцию с n-бензохиноиом, но
фенциклон, как оказалось, реагирует и с этим диенофилом, обра-
зуя моно- и бис-аддукты, которые ароматизируются при кипячении
в нитробензоле с потерей окиси углерода и водорода:
79
Как видно из приведенного уравнения, в случае бис-аддукта эта
реакция дает возможность синтезировать полиядерные аромати-
ческие соединения ряда бензопентацена:
I, 2, 3, 4, 8, 9,10,10-тетра6«н«-»
леятацек
Таким образом, диеновый синтез между циклонами и различ-
ными диенофилами представляет очень хороший метод синтеза
полиядерных ароматических углеводородов и их производных раз-
личного строения, его границы определяются лишь доступностью
самих циклонов.
В последние годы были получены алкилзамещенные циклопентадиеноны н
их аддукты с различными диенофилами. Так, синтезирован трнс-трет.-бутилцикло-
пентадненон, а из него реакцией с дитрет.-бутнлацетиленом с хорошим выходом
удалось получить пространственно затрудненный сил.и-пентатрет.-бутнлбензол:
80
Сам циклопентадиенон и галондцнклопентадиеноны очень неустойчивы и
спонтанно димеризуются, поэтому в дненовый синтез их вводят или в момент
образования или в виде кеталей, например;
,°С2Н5
°C2HS
Сравнительно недавно стали разрабатываться методы получения полимер-
ных соединений с помощью реакции диенового синтеза. Один из возможных пу-
тей синтеза полимеров использует аддукты, которые могут быть псевдодисками,
т. е. в которых диен как бы фиксирован в скрытой форме, но легко может быть
генерирован в условиях дальнейшей полимеризации. Такими аддуктами являются
аддукты циклонов, благодаря их способности легко декарбоннлироваться:
Другой путь к полимерам с помощью диенового синтеза — это кополнмернзация
ди- и полидиеновых систем с ди- и полифункцнональнымн диенофилами, на-
пример:
4 Зак. 74
81
и, наконец, возможен еще один путь — присоединение мономерного диена к по-
лимерному диенофилу
но£оссн=снсоо;сн2)0-о^-н
но--ос
Циклогексадиен-1,3 в диеновом синтезе несколько усту-
пает по реакционной способности циклопентадиену. Расстояние
между первым и четвертым углеродными атомами в нем приблизи-
тельно на 20% больше соответствующего расстояния в циклопен-
тадиене. Возможно, именно поэтому энергия активации реакции
циклогексадиена с малеиновым ангидридом на 3,7±1 ккал/моль
больше, чем в случае соответствующей реакции с циклопентадие-
ном (см. также гл. I, раздел «Компоненты диенового синтеза»).
Карбоциклические соединения с эндоэтиленовым мостиком не
были обнаружены среди природных соединений 1 и до работ Диль-
са и Альдера (1928) не были получены синтетическим путем, не-
смотря на то, что в этих системах отсутствует байеровское напря-
жение, которое могло бы затруднить их образование.
С активными диенофилами — малеиновым ангидридом, «-бен-
зохиноном — циклогексадиен реагирует уже при комнатной тем-
пературе, давая аддукты эндо-конфигурации, например:
моно-аддукт
соединения, например хииин
1 Некоторые природные гетероциклические
82
бис-аддукт с n-бензохиноном образуется при 100° и избытке диена:
бис—аддукт
Некоторые превращения моно- и бис-аддуктов циклогексадиена с
хиноном сопровождаются отщеплением («вылетом») эндоэтилено-
вого мостика в виде этилена. Так, эти аддукты последовательным
рядом реакций легко превращаются в соответствующие хиноны,
которые оказываются термически неустойчивыми и при нагрева-
нии теряют этилен, давая хиноны ароматического ряда — нафто-
хинон и антрахинон соответственно:
С менее активными диенофилами, такими, как акролеин, акри-
лонитрил, метилвинилкетон, циклогексадиен реагирует лишь при
нагревании:
4*
83
|(vCHO
С этиленом циклогексадиен вступает во взаимодействие при
250°, образуя бицикло[2.2.2]октен с 56%-ным выходом
Реакцию следует проводить в автоклаве с керамической футеров-
кой или в присутствии основания, так как образующийся углево-
дород очень легко изомеризуется с расширением шестичленного
цикла, превращаясь в соединение с эндометиленовым мостиком —
бицикло [3.2.1] октен:
Таким образом, бицикло [2.2.2] октен и его производные могут
претерпевать превращения либо с «вылетом» эндоэтиленового
мостика, либо со скелетной изомеризацией
Интересно протекают реакции циклогексадиена, его гомологов
и производных с ацетиленовыми диенофилами, например с ацети-
* В отличие от соединений ряда бициклогептена В бициклооктене и его за-
мещенных двойная связь пространственно не напряженная, и эти вещества не
присоединяют фаиилазид.
84
лендикарбоновым эфиром, пропаргиловым альдегидом, метилэти-
нилкетоном или с самим ацетиленом образуются аддукты:
которые отличаются способностью очень легко отщеплять эндо-
этиленовый мостик и превращаться в энергетически более выгод-
ные ароматические соединения. Часто такие аддукты вообще не
удается выделить, поскольку они ароматизируются в процессе
самого диенового синтеза. Эту реакцию Альдер предложил исполь-
зовать как качественную в тех случаях, когда необходимо устано-
вить, относится ли исследуемое соединение к ряду циклогексадие-
на или циклопентадиена (аддукты последнего вполне устойчивы и
не ароматизируются):
COOR
100-140°
-h Н2С = СН2
COOR
COOR
COOR
не изменяются
Аддукты гомологов циклогексадиена с ацетилендикарбоновым
эфиром претерпевают такое же превращение, но в зависимости от
положения заместителей в циклогексадиеновом кольце отщепля-
ются различные алкены: из аддукта 2,3-диметилциклогексадие-
на-1,3 «вылетает» этилен, из аддукта 1,6-диметилциклогексадиена-
1,3 — пропилен, а из аддукта 5,6-диметилциклогексадиена-1,3 —
бутен-2:
85
COOR
OOR,
oor+CH3CH=CHCH;
Несколько необычно взаимодействие циклогексадиена с азо-
дикарбоновым эфиром, которое протекает по схеме заместитель-
ного присоединения с одновременным перемещением одной из
л-связей циклогексадиена:
HN —COOR
С другими гетеродиенофилами циклогексадиен конденсируется
по схеме диенового синтеза с образованием гетероциклических си-
стем; например, продуктом реакции с нитрозобензолом является
соединение ряда дигидроортоксазина (Ю. А. Арбузов, Т. А. Маст-
рюкова):
Метиленуретан — неустойчивый, но реакционноспособный диено-
фил, дает производное изохинуклидина:
N-COOC2H5
86
Циклогептадиен-1,3 реагирует со многими диенофилами
по обычной схеме, приводящей к аддуктам с мостиком, который в
этом случае состоит из трех углеродных атомов (эндопропилено-
вый мостик). Хорошо описанная реакция с малеиновым ангидри-
дом протекает с высоким выходом, образующийся аддукт имеет
эндо-конфигурацию, что было доказано методом бромлактониза-
ции (см. гл. I):
С8Н5СН3;5ч
30%	'
Циклооктадиен-1,3, существующий в виде цис-цис- или
цис-транс-изомера, не вступает в диеновый синтез, поскольку в
цис-цис-изомере, который на первый взгляд мог бы взаимодейство-
вать как диен, на самом деле л-связи некопланарны, так как рас-
положены друг к другу почти под углом 90°. Нереакциоиноспособ-
ны в диеновом синтезе по той же причине циклонона-, циклодека-
и циклоундекадиен-1,3, также существующие как цис-цис и цис-
транс-изомеры; циклододекадиен-1,3 и циклоалкадиены с большим
числом метиленовых звеньев между сопряженными связями спо-
собны к диеновой конденсации, но она протекает в очень жестких
условиях и с невысокими выходами:
я = 8-10,Ы
Циклогептатриен (его называют также тропилиденом) и
циклооктатриен легко вступают в диеновый синтез, но обра-
зующиеся аддукты имеют строение, свидетельствующее о том, что
эти реакции протекают не совсем по обычной схеме. С диенофила-
ми указанные циклотриены реагируют преимущественно в так на-
зываемой «сжатой» конформации, т. е. в виде валентных изомеров,
87
представляющих бициклические системы с сопряженными связями
в шестичленном цикле1:
Поэтому получающиеся аддукты содержат циклические мостики
(циклопропеновый и циклобутеновый соответственно), наличие
которых было установлено различными способами, в том числе —
«вылетом» соответствующих циклоалкенов при нагревании аддук-
тов, полученных с ацетилендикарбоновым эфиром:
Валентная изомеризация, под которой подразумевают перестройку л- или л-
и о-связей с изменением межатомных расстояний и углов связей, не сопровож-
дающуюся, однако, перемещением атомов или атомных групп в молекуле, осу-
ществляется не только в процессе диенового синтеза, но и при простом нагре-
вании. Так, при нагревании циклогептатриена (80—100°) образуется равновесная
смесь изомеров, состоящая иа 85% из циклогептатриена и на 15% из норкара-
диена (бицикло[4.1.0]гептадиена):
85%	15%
Для циклогептатриена (тропилидена) и циклогептатриеноиа (тропоиа) опи-
саны реакции с некоторыми диенами (циклопами, циклопентадиеном, циклогек-
1 Реакция циклогептатриена с акролеином протекает в двух направлениях:
с образованием аддукта за счет сжатой и обычной конформации циклогеп-
татриена (в соотношении 3:1, А. Ф. Платэ, Е. М. Мельвицкая).
88
садиеиом), в которых они реагируют в моноциклическон форме н, являясь как
бы своеобразными диенофилами, дают аддукты экзо-строения:
Этн реакции служат примерами неизвестного ранее 4+6-»-10-циклопрнсоединення,
Циклооктатетраен стал доступным благодаря разрабо-
танному Реппе (1948) способу получения его циклотетрамериза-
цией ацетилена (в присутствии цианида никеля в тетрагидрофура-
не при 60—70°):
Подобно циклооктатриену, в диеновый синтез он с малеиновым
ангидридом вступает в «сжатой» конформации
Наличие четырехчленного циклического мостика в аддуктах цикло-
октатетраена доказано на примере превращения его аддукта с
ацетилендикарбоновым эфиром — при термическом расщеплении
кислоты, отвечающей этому аддукту, получен фталевый ангидрид
и циклобутадиен, обычно полимеризующийся в этих условиях:
__А
-н2о
89
Циклооктатетраен в бициклической форме вступает и в некото-
рые другие реакции, например при действии хлористого тионила
лрисоединяется хлор по более напряженной л-связи четырехчлен-
лого никла:
Образующийся дихлорид в свою очередь может вступать в диено-
вый синтез с различными диенофилами, в том числе с диметило-
вым эфиром ацетилендикарбоновой кислоты; термический распад
этого аддукта был использован для прямого доказательства нали-
чия циклобутенового мостика и как способ получения 1,2-дихлор-
циклобутена:
Таким образом, бициклические формы циклогептатриена, цик-
лооктатриена и циклооктатетраена, реагируя с диенофилами, обра-
зуют соединения с эндоциклическими мостиками; если диенофилом
служит ацетилендикарбоновый эфир, то образующиеся аддукты
или получаемые при их гидролизе кислоты могут отщеплять эти
мостики в виде непредельных малых циклов (циклопропена, цик-
лобутена, циклобутадиена) с образованием устойчивых фталевых
эфиров или фталевого ангидрида, подобно тому, как это происхо-
дит для аддукта циклогексадиена с ацетилендикарбоновым эфи-
ром, отщепляющим при нагревании эндоэтиленовый мостик в виде
этилена (см. выше).
Из аддукта циклооктатетраена с малеиновым ангидридом по-
лучен углеводород объемной структуры, названный баскетаном,
или дигомокубаном; синтез осуществлялся по следующей схеме:
В последние годы описаны
которых использовался не сам
некоторые диеновые конденсации, в
циклооктатетраен, а его л-комплекс
90
с трикарбонилом железа. В реакции с тетрацианэтиленом и диал-
килацетиленами это соединение реагировало лишь по одной систе-
ме сопряженных связей циклооктатетраена (поскольку вторая
пара сопряженных связей являлась донором электронов по отно-
шению атома железа), и образовавшиеся аддукты имели строение,
отвечающее самому циклооктатетраену:
Fe(CO),
К-комплекс
Ароматические углеводороды и их производные как диены в
диеновом синтезе. Ароматические углеводороды и их производные,
способные реагировать как диеновые компоненты в диеновом син-
тезе, бывают двух типов: с линеарнокондеисированными аромати-
ческими кольцами (антрацен, тетрацен, пеитацеи, гексацен, а так-
же перилен, состоящий из двух аценовых систем, соединенных дву-
мя о-связями), в качестве диеновой системы у которых выступают
л-связи одного или двух соседних ароматических ядер:
и ароматические соединения с винильной боковой цепью, диеновая
система в которых образована сопряжением л-связей винильной
группы и ароматического кольца (виннларены):
91
винилнафталиН
Бензол, нафталин и их замещенные менее изучены в диеновом
синтезе и, как правило, значительно труднее вступают в эту ре-
акцию, поскольку являются устойчивыми ароматическими систе-
мами. Сам бензол в обычных условиях не реагирует с малеиновым
ангидридом. Конденсация протекает только при фотолизе в не-
сколько стадий с образованием бйс-аддукта следующего строения:
би<;-аддукт
Лишь с очень активными диенофилами — нитрилом ацетиленди-
карбоновой кислоты или гексафторбутином-2 — бензол взаимо-
действует в жестких условиях, давая аддукты по схеме диенового
синтеза с низким выходом (наряду с продуктами заместительного
присоединения, о котором см. выше); реакция значительно ката-
лизируется хлористым алюминием и выход аддукта в этих усло-
виях достигает 63%:
С гексафторбутином-2 взаимодействует также гомолог бензола —
1,2,4,5-тетраметилбензол (дурол):
н,с-
н3с-
J 200°, 10 ч
41%
Н,С
Н3С-
'CF,
92
Эти реакции приводят к бициклическим соединениям ряда бицик-
ло [2.2.2] октатриена или так называемого баррелена (о самом
баррелене см. ниже).
Следует упомянуть, что в ряду бензола диеновый синтез впервые был описан
еще в 1957 г. на примере реакции гидрохинона с малеиновым ангидридом:
[2.2.2] октандиондикар-
боновой кислоты
Бензол
роаналогом
и гексаметилбензол реагируют также с дегидробензолом и его гете-
— трихлордегидропирндином — в момент их образования:
R = H, СН3.
В [2.2] парациклофане, бензольные кольца которого сочленены пара-положениями
через метиленовые звенья и расположены в параллельных плоскостях, каждое
ароматическое ядро также может вступать в диеновый синтез, например, с ди-
нитрилом ацетилендикарбоновой кислоты:
93
Нафталин даже с 30-кратным избытком малеинового ангидрида
дает аддукт лишь с выходом 1%, который при непродолжительном
нагревании очень легко диссоциирует на исходные компоненты,
поэтому его нельзя получать при более высокой температуре,
1,2,3,4-тетраметилнафталин, напротив, легко образует аддукт с
малеиновым ангидридом почти с количественным выходом:
Из приведенных примеров видно, что накопление в ароматиче-
ском кольце электронодонорных заместителей (метильных и окси-
групп), уменьшающих энергию резонанса ароматической системы,
облегчает их вступление в диеновый синтез в качестве диенового
компонента,
В ряду антрацен — тетра—, пента—, гекса— и гептацен по ме-
ре увеличения числа линеарноконденсированных ароматических
колец устойчивость углеводородов уменьшается, а реакционная
способность, наоборот, увеличивается, иными словами, бензоидный
характер этих соединений понижается. Действительно, в моноцик-
лической системе бензола его ароматический характер опреде-
ляется наличием секстета л-электронов; в бициклической системе
нафталина ароматический секстет возможен лишь в одном из двух
колец, в антрацене — в одном из трех колец, в тетрацене — в од-
ном из четырех и т. д., следовательно, с увеличением числа колец
в ацене ароматический секстет как бы «размывается» между всеми
кольцами. Например, для тетрацена возможны следующие гипоте-
тические структуры (Кляр):
94
Высшие ацены теряют ароматический характер и являются цикли-
ческими диенами, о чем свидетельствует также их интенсивная
окраска. С уменьшением ароматического характера возрастает
способность аценов вступать в реакцию Дильса—Альдера в ка-
честве диенов.
Для линеарноконденсированных ароматических систем установ-
лена взаимосвязь между их реакционноспособностью в диеновом
синтезе и энергиями, требуемыми для локализации электронов в
мезо-положениях (А. И. Коновалов; см. также выше о донорно-
акцепторном взаимодействии).
Антрацен реагирует с малеиновым  ангидридом при нагревании
в бензоле и других растворителях, а также без растворителя таким
образом, что диенофил присоединяется к среднему кольцу антра-
цена, т. е. в положения 9 и 10, называемые мезо-положениями; при
этом образуется аддукт симметричного строения с двумя аромати-
ческими кольцами;
Именно на этой реакции впервые было установлено, что диеновый
синтез является обратимым. Конденсация антрацена с малеино-
вым ангидридом и другими диенофилами с электроноакцепторны-
ми группами ускоряется хлористым алюминием, хлорным железом,
эфиратом фтористого бора и другими катализаторами аналогично-
го типа.
При реакции с бензохиноном антрацен дает моно- и бис-ад-
дукты:
моно-
бис-аддукт
95
Окисление моно-аддукта приводит к хинону—трнптохинону, а его восстановле-
ние— к углеводороду, называемому триптиценом (9,10-(о-бензо)-9,10-дигидроан-
трацену.
-2Н2О
Триптнцен — ароматический углеводород со своеобразным химическим поведе-
нием, зависящим от его мостиковой структуры. Препаративный метод получения
триптицена заключается в диеновом синтезе антрацена с дегидробензолом. Этот
метод впервые был предложен Виттигом в 1956 г. В настоящее время известно
много способов, позволяющих генерировать дегндробензол и использовать его
в момент образования в качестве диенофила. Наиболее удобна в препаративном
отношении методика, по которой о-диазонийбензоат-бетаин, легко получаемый
диазотированием антраниловой кислоты, разлагают нагреванием в апротонном
растворителе:
-СО2
-N2
Антрацен охотно реагирует с диенофилами самого разнообраз-
ного строения, имеющими одну или две электроноакцепторные
группировки, этиленовую или ацетиленовую непредельную связь,
а также с различными непредельными углеводородами, в том
числе и с самим ацетиленом (см. выше гл. I).
Аддукт антрацена с ацетиленом — дибензобаррелен — в свою очередь мо-
жет реагировать по напряженной мостиковой этиленовой связи еще с одной
молекулой антрацена, образуя углеводород, представляющий собой аналог трип-
тицена, названный «янусеном»:
96
Легко образуют аддукты диенового синтеза, присоединяясь к
антрацену по обычной схеме в положение 9, 10, различные произ-
водные азодикарбоновой кислоты — диметиловый и диэтиловый
эфиры
N—COOR
II
ROOC—N
а также циклические производные:
дигидропириД-
азиндиои
Однако эти аддукты при дальнейшем нагревании или под дей-
ствием кислот, как правило, изомеризуются в продукты замести-
тельного присоединения, например:
Из производных антрацена
чены 9- и 9,10-замещенные.
в диеновом синтезе наиболее изу-
Характер заместителей определяет
5 Зак. 74
97
диеновую активность системы антрацена, а также соотношение
образующихся изомерных продуктов реакции. Так, алкильные за-
местители облегчают течение реакции, поэтому в ряду антрацен—
9-метил---9,10-диметилантрацен наиболее реакционноспособным
в реакции с малеиновым ангидридом оказывается последний (он в
2000 раз активнее антрацена):
9,10-Дифенилантрацен, наоборот, вступает во взаимодействие с
малеиновым ангидридом лишь в жестких условиях, при этом фе-
нильные заместители подавляют реакционную способность мезо-
положений, вследствие чего диенофил частично присоединяется
также в одно из крайних бензольных колец антрацена (т. е. в по-
ложение 1,4), давая производное 1,4-дигидро-1,4-этеноантрацена:
98
В зависимости от характера заместителей и их положения в молекуле антра-
цена протекает присоединение и дегидробензола. Электроноакцепторные или до-
статочно объемные заместители, снижая диеновую активность всей системы ан-
трацена, направляют его присоединение в незамещенные кольца, например 9,10-
дицнаноантрацен с дегидробензолом дает смесь изомерных аддуктов в равных
количествах, но с очень низким общим выходом (4%):
Изомерные аддукты образуются и в том случае, если в крайних бензольных
кольцах антраценовой системы содержатся электронодонорные заместители
(Р. Я. Левина, В. Р. Скварченко):
Тетрацен (его называют нафтаценом) реагирует с малеиновым
ангидридом легче антрацена и присоединяет диенофил в одно из
средних ароматических колец:
тетрацен
5*
99
При реакции с несимметричными диенофилами — акрилонитри-
лом, аллиловым спиртом, метакрилатом, акриламидом — обра-
зуется смесь примерно равных количеств изомерных аддуктов,
различающихся взаимным расположением заместителя относитель-
но бензольного кольца (син- и анти-изомеры; такие же изомеры
получаются при присоединении диенофилов к нафталину, р-нафто-
лу, 2,3-диметилнафталину, 2-замещенным антрацена и др.), на-
пример:
анти-изомер
Перилен легко реагирует с малеиновым ангидридом, но
образующийся аддукт мало устойчив и диссоциирует в условиях
диенового синтеза на исходные компоненты, поэтому конденсацию
обычно проводят кипячением в нитробензоле либо в присутствии
других окислителей (лучший для этой цели — хлоранил) и сразу
получают почти с количественным выходом ангидрид ароматиче-
ского строения, который при возгонке в вакууме с натронной из-
вестью декарбоксилируется, превращаясь в 1,12-бензоперилен:
1,12-Сензсшери лен
100
1,12-Бензоперилен в свою очередь при реакции с малеиновым
ангидридом в присутствии окислителя дает ангидрид ароматиче-
ского строения, при декарбоксилировании превращающийся в
углеводород, называемый короненом и отличающийся своей высо-
кой температурой плавления:
Получение этого труднодоступного углеводорода возможно, таким
образом, благодаря двукратному применению диенового синтеза.
Виниларены, как правило, легко вступают в диеновый синтез
со многими диенофилами, но реакция осложняется иногда из-за их
склонности к полимеризации. а-Винилнафталин реагирует с малеи-
новым ангидридом при нагревании в ксилоле за 20 мин и дает
аддукт с 30%-ным выходом, последний однако под действием кис-
лот или при перегонке в вакууме изомеризуется в более устойчи-
вый аддукт ароматического строения, а при ведении реакции в
уксусной кислоте сразу выделяется изомеризованный аддукт:
101
Стирол (винилбензол) с малеиновым ангидридом последова-
тельно дает моно- и бис-аддукт (одновременно наблюдается и со-
полимеризация):
моно-
Если моно-аддукт изомеризуется с перемещением двойной связи
и ароматизацией одного кольца в процессе самого диенового син-
теза, то бис-аддукт не образуется:
*- реакция не идет
Р-Замещенные стирола еще легче вступают в диеновый синтез,
поскольку они полимеризуются труднее, чем сам стирол. Электро-
нодонорные заместители в пара-положении бензольного кольца
стирола также оказывают активирующее действие.
Таким образом, стиролы в определенных условиях реагируют
как диены, но следует напомнить, что они могут выступать и как
диенофилы.
В связи с этими реакциями отметим поведение в диеновом син-
тезе такого а-замещенного стирола, как а-циклопропилстирол.
Наряду с присоединением малеинового ангидрида по сопряженной
системе двойных связей бензольного кольца и винильной группы
и последующим образованием бис-аддукта (при присоединении
еще одной молекулы диенофила к циклогексадиеновому кольцу
моно-аддукта) протекает новая ранее не известная реакция
5+2->7-циклоприсоединения, в которой участвует в качестве дие-
новой системы винилциклопропановый фрагмент молекулы исход-
ного а-циклопропилстирола; продуктом этой побочной реакции
является ангидрид фенилциклогептендикарбоновой икслоты:
102
(4+2-*6)
а -цикло-
иропилстирол
:о
моно —
Эта реакция характеризует винилциклопропаны как системы, в
которых трехчленный цикл находится в сопряжении с л-связью
винильной группы, следовательно, это пример, иллюстрирующий
аналогию трехчленного цикла с двойной связью.
Гетероциклические соединения как диены в диеновом синтезе.
Из гетероциклических соединений с цисоидной сопряженной систе-
мой двойных связей, способных реагировать в диеновом синтезе в
качестве диенов, наиболее изучены пятичленные гетероциклы ряда
фурана, пиррола и тиофена, которые обладают ароматическим
характером, возрастающим в указанной последовательности.
В той же последовательности соответственно уменьшается реак-
ционная способность этих соединений в диеновом синтезе.
Фуран, являющийся, таким образом, наиболее активным гете-
роциклическим диеном, образует аддукты, имеющие кислородный
мостик и представляющие собой бициклические системы ряда
7-оксабицикло[2.2.1]гептена (гетероаналоги аддуктов циклопента-
диена с метиленовым мостиком):
ло[2.2.1]гептен
Фуран реагирует с малеиновым ангидридом в мягких условиях
и с высоким выходом дает аддукт — ангидрид 7-оксабицикло
[2.2.1]гептен-5-дикарбоновой-1,2 кислоты (см. гл. I, раздел «Эндо-
экзо-ориентация»), который легко диссоциирует на исходные ком-
103
поненты при нагревании до температуры плавления, поэтому эта
реакция помимо синтетических целей используется для выделения
и очистки фурана от примесей (смесь, содержащую фуран, обраба-
тывают малеиновым ангидридом, полученный аддукт перекристал-
лизовывают и разлагают при нагревании, отгоняя чистый фуран).
Аддукт, как отмечалось ранее, образуется в виде смеси стереоизо-
меров, в которой соотношение эндо- и экзо-формы зависит от усло-
вий реакции (продолжительности, температуры, растворителя),
т. е. эта диеновая конденсация не стереоизбирательна.
Аддукт фурана с малеиновым ангидридом используют в синте-
тических целях для получения некоторых замещенных фурана с
заместителями в положении 3, например так получают 3-галоид-
фураны:
На последней стадии этого синтеза осуществлен легко протекаю-
щий для аддуктов фурана ретродиеновый распад (подробнее о
котором см. далее). Гидрированием аддукта фурана с малеиновым
ангидридом получают так называемый норкантаридин, а водный
раствор натриевой соли соответствующей кислоты — эндотал,
применяется для предуборочного обезлиствления хлопчатника
(вещества, вызывающие опадение листьев, называют дефолиан-
тами) :
+н2
катализ.
норкантаридин
/-jb-COONa
^“^COONa
эндотал
При действии на норкантаридин бромистоводородной кислоты лег-
ко размыкается (по электрофильному механизму) кислородный
мостик и образуется 1,4-дибромциклогександикарбоновая кислота,
последующее дегидробромирование которой приводит к циклогек-
садиендикарбоновой кислоте:
104
Гомологи фурана — сильван (2-метилфуран), 2,5-диметил- и
тетраметилфуран — дают аддукты с малеиновым ангидридом так-
же почти с количественным выходом. Как показали Ю. К. Юрьев
и Н. С. Зефиров, в отличие от диенового синтеза самого фурана
с малеиновым ангидридом и вопреки правилу о преимущественном
эндо-присоединении реакция протекает с образованием аддуктов
только экзо-конфигурации:
Гидрирование аддукта 2,5-диметилфурана приводит к ангидриду 1,4-диме-
тил-7-оксабицикло[2.2.1]гептандикарбоновой-2,3 кислоты, называемому изоканта-
ридином:
+ [Н]
изокантаридин
Сам кантаридин имеет метильные группы в положении 2 и 3; он входит в со-
став яда, выделяемого шпанской мушкрй и некоторыми жуками, и вызывает об-
разование нарывов и местное воспаление. Кантаридин можно было бы синтези-
ровать гидрированием аддукта фурана с диметилмалеиновым ангидридом, однако
поскольку этот диеновый синтез не удалось осуществить, то его пришлось синте-
105
зировать многостадийными превращениями из аддукта дивинила с диметилмалеи-
новым ангидридом (Шленк, 1953):
С другими производными малеиновой кислоты, например с
малеинимидом, фуран образует термически неустойчивые аддукты:
1 На этой стадии осуществлено фотохимическое окисление сопряженной дие-
новой системы, протекающее, подобно диеновому синтезу, по схеме 4+2->-6-цик-
лоприсоедннення, но отличающееся по механизму, поэтому эту реакцию рассмат-
ривают как родственную дненовому синтезу.
К реакциям, родственным диеновому синтезу, относят также присоедине-
ние к диеновой системе (в положение 1,4) сернистого ангидрида, арилсульфенил-
хлоридов (ArSCl), хлористой серы и другие (4+1->-5-циклоприсоединение), на-
пример:
СИ3
* О0* *
сульфон
Штерн ле и а
Присоединение двуокиси селена и серного ангидрида протекает по иной схеме:
4- SeO2
+ so3
106
20°, эфир
количеств.
о
Легко реагирует он и с дегидробензолом; именно этой реакцией
впервые было доказано промежуточное образование дегидробен-
зола из о-фторбромбензола при действии амальгамы лития в фу-
ране как растворителе (Виттит, 1955):
В образующемся бензо-7-оксабицикло[2.2.1]гептадиение при действии галоидоводо-
родных кислот размыкается кислородный мостик, превращаясь в оксигруппу, что
приводит к а-нафтолу:
Напряженная л-связь в бензо-7-оксабицикло[2.2.1]гептадиене проявляет также
диенофильную активность, поэтому это соединение вступает и реакцию с антра-
ценом; при дальнейшем нагревании образовавшийся аддукт теряет кислородный
мостик (который в этом случае отщепляется в виде молекулы воды), превра-
щаясь в бензотриптицен:
Следует отметить, что сам фуран реагирует лишь с активными
диенофилами, поскольку из-за легкого протекания ретродиенового
распада аддуктов, диеновый синтез практически нельзя проводить
107
при нагревании выше 120°, поэтому его не удается ввести, напри-
мер, в реакцию с замещенными малеинового ангидрида или хино-
нами. Как и в случае ароматических углеводородов, накопление
электронодонорных заместителей в гетероциклической системе об-
легчает ее вступление в диеновый синтез и тетраметилфуран, в от-
личие от других гомологов дает аддукты с метил-, хлор- и бром-
малеиновыми ангидридами, а 3,4-диметоксифуран охотно реаги-
рует с бензохиноном:
Наличие электроноакцепторных заместителей в положении 2,5
молекулы фурана приводит к тому, что фурановое ядро теряет
диеновую активность и приобретает способность реагировать как
диенофил. Так, фурфурол с дивинилом дает бис- и моно-аддукты;
последний претерпевает превращение с расширением цикла в за-
мещенный оксилактон:
фурфурол
моно-аддукт
оксилактон
Широкие синтетические возможности имеют аддукты фурана с
ацетилендикарбоновым эфиром. Сам фуран и его замещенные с
этим диенофилом в зависимости от условий реакции образуют раз-
личные соединения: при простом нагревании до 100° почти с коли-
чественным выходом получаются аддукты по обычной схеме —
замещенные 7-оксабицикло[2.2.1]гептадиена; эти аддукты, но го-
раздо быстрее образуются при проведении реакции в присутствии
хлористого алюминия при охлаждении (в хлористом метилене,
при —20°):
О
Если диеновый синтез в присутствии хлористого алюминия проте-
кает при комнатной температуре, то продуктами реакции оказыва-
ются эфиры замещенных оксифталевых кислот, которые образу-
108
ются в результате ароматизации аддуктов (являющихся в этих
условиях лишь промежуточными соединениями), сопровождаю-
щейся раскрытием кислородного мостика и миграцией одного из
заместителей:
Каталитическое гидрирование аддукта фурана с ацетиленди-
карбоновым эфиром протекает избирательно по незамещенной
двойной связи (образующиеся эфиры изомерны по положению
двойной связи эфирам, получаемым из фурана и эфиров малеино-
вой кислоты); дальнейшее исчерпывающее гидрирование осуще-
ствляется пространственно избирательно, а именно со стороны
кислородного мостика, что приводит к эндо-изомеру (сравните с
реакциями присоединения, протекающими для соединений с эндо-
метиленовым мостиком):
Стереоизбирательно, как экзо-присоединение, осуществляется
реакция 7-оксабицикло [2.2.1] гептенов с 1,3-диполями, в частно-
сти с фенилазидом (Ю. К. Юрьев, Н. С. Зефиров):
109
Частично гидрированные аддукты фурана с ацетилендикарбоно-
вым эфиром при нагревании испытывают ретродиеновый распад
(см. подробнее ниже) с отщеплением молекулы этилена, что поз-
воляет использовать их для получения труднодоступной другим
путем фургандикарбоновой-3,4 кислоты:
Под действием минеральных кислот эти эфиры дегидратируются с
потерей кислородного мостика, превращаясь в эфиры фталевой
кислоты:
Другое синтетическое применение эфиров основано на их способ-
ности вступать в последующий диеновый синтез в качестве диено-
филов; реакция протекает пространственно избирательно, так же
как и при гидрировании образуются соединения эндо-конфигу-
рации:
Таким образом, сами аддукты фурана и его замещенных, а
также их гидриды в зависимости от особенностей строения и усло-
вий реакции склонны к различным превращениям. Они, как пра-
вило, отличаются термической неустойчивостью и поэтому легко
подвергаются ретродиеновому распаду (который может протекать
с диссоциацией на исходные компоненты либо с отщеплением мо-
лекулы этилена и образованием новой фурановой молекулы) или
ароматизируются с потерей кислородного мостика. Под действием
электрофильных реагентов в этих соединениях происходит раскры-
тие кислородного мостика, которое сопровождается отщеплением
молекулы воды или превращением в оксигруппу (последняя в
процессе реакции может также замещаться на нуклеофильный
остаток).
110
Если фурановая молекула содержит винильную боковую цепь,
то диеновая конденсация протекает по другой схеме, характерной
для виниларенов, а именно, в дненовый синтез вовлекается сопря-
женная система, образуемая циклической и внециклической л-свя-
зями. Например, в случае 2-винилфурана образуется аддукт, не
имеющий мостикового строения (т. е. не являющийся производным
7-оксабицикло [2.2.1] гептена):
ангидрид тетрагидробензо-
фурандикарбоновой кислоты
Винилфураны с электроноакцепторными заместителями в ваниль-
ной цепи (фурилакролеин, фурнлакриловая кислота и др.) из-за
пониженной электронной плотности сопряженной диеновой систе-
мы вовсе не реагируют с малеиновым ангидридом:
фурилакролеин
не реагирует
фурнлакриловая
кислота
не реагирует
В особых условиях (в присутствии SO,, бензолсульфохлорида,
диметилсульфата и др.) фуран и сильван реагируют с некоторыми
слабыми диенофилами, такими, как метилвиннлкетон. дпвинилке-
тон, но не по схеме диенового синтеза, а по реакции заместитель-
ного присоединения в a-положение фуранового ядра:
^ + СН2-СНСОСН3->^ у — (СИ,), СОСН3 ±СН^НС0^
OZ	С)
Н3СОС (СН2), —(СН2),
° СОСНз
111
Интересно дальнейшее использование дикетона (получаемого вза-
имодействием с двумя молями метилвинилкетона) в синтезе поли-
кетонов с открытой цепью углеродных атомов •— каталитическое
гидрирование, протекающее с размыканием фуранового цикла
(гидрогенолиз), приводит к трикетону, а гидролиз — к тетракето-
ну симметричного строения:
Н3СОС (Н2С), —(СН2)2 СОСН3 —
о7
+1Н+]	?
 +НгО
Н3СОС (СН2)2-^	- (СН2)2 СОСНз
но	н
Н3СОС (CH2)2--Z	-(СН2)2	СОСН 3
но	он
СНдСО (СН2)2 СО (СН2)5 СОСНз
трикетон
СН3СО (СН2)2 СО (СН2)2 СО (СН2)2 СОСНз
тетракетон
Изобензофураны в диеновом синтезе гораздо активнее
фурана и реагируют с диенофилами самого различного строения.
Одним из наиболее доступных изобензофуранов — 1,3-дифенил-
изобензофуран ’, используют в качестве реагента, улавливающего
Его обычно получают из о-бензоилбензойнон кислоты (выход 87%):
дефенил изобензо-*
фуран
112
даже неустойчивые диенофилы в момент их образования. Так, по
аддуктам с 1,3-дифенилизобензофураном Виттиг доказал образо-
вание простейших сильно напряженных циклоалкинов — цикло-
пентина, циклогексина, циклооктина:
а также бензоциклобутадиена:
Последняя стадия реакции в приведенной схеме иллюстрирует
отщепление от аддуктов с изобензофураном кислородного мостика
(под действием бромистоводородной кислоты), которое приводит
к замещенным нафталина и протекает еще легче, чем в случае
аддуктов фурана. Аналогичные превращения аддукта дифенилизо-
бензофурана с малеиновым ангидридом позволяют получить 1,4-
дифенилнафталин:
113
Пиррол с большинством диенофилов обычно реагирует лишь
по схеме заместительного присоединения, которое направляется в
a-положения молекулы пиррола и осложняется побочно протекаю-
щей сополимеризацией. Образующиеся при заместительном при-
соединении вещества могут быть использованы для дальнейших
синтезов. Так, получаемую при реакции пиррола с малеиновым
ангидридом тетракарбоновую кислоту гидролизом, сопровождаю-
щимся декарбоксилированием и отщеплением аммиака, превра-
щают в дикарбоновую дикетокислоту алифатического ряда:
/С°
+ 2| О
ос- нс—сн—со
/ I NH
2Н2О ?
ос—н2с
сн2-со
->НООССН2СН—/ Ч-СНСН2СООН +Е?1
। X /	।	— Гмп3
I NH 1
ноос	соон
-> НООССН2СН—СНСН2СООН
I ОН ОН I
НООС uriuri соон
— 2СО2 “*
-> НООС (СН2)2 СО (СН2)2 СО (СН2)2 соон.
дилевулиновая кислота
Для пиррола и его замещенных по схеме диенового синтеза
протекает реакция лишь с одним типов диенофилов — эфирами
114
ацетилендикарбоновой кислоты или с гексафторбутином-2. Аддук-
ты или продукты их превращения образуются с удовлетворитель-
ными выходами в том случае, когда в реакцию вводят N-замещен-
ные пиррола или его гомологов с электроноакцепторными замести-
телями. Как и для фуранов, в зависимости от условий эта реакция
приводит к различным соединениям:
Тиофен в ряду пятичленных гетероциклов с одним гетеро-
атомом по своей реакционной способности наиболее ароматичен,
поэтому диеновая конденсация для него нехарактерна. Известны
лишь немногие примеры участия тиофеновой системы в диеновом
синтезе. Так, по обычной схеме с малеиновым ангидридом реаги-
рует соединение, у которого тиофеновое ядро входит в полицикли-
ческую конденсированную ароматическую систему; образующийся
аддукт неустойчив и при нагревании легко ароматизируется с по-
терей сероводорода, что приводит к замещенному фталевому анги-
дриду:	,	.
115
2-Винилтиофен реагирует с диенофилами по схеме диенового
синтеза, известной для виниларенов и 2-винилфурана, а также для
винилпиридинов (А. Н. Кост, И. И. Гранберг), в качестве диеновой
системы выступают сопряженные связи винильной боковой цепи и
тиофенового кольца; последующий гидролиз, декарбоксилирова-
ние и дегидрирование аддукта приводят к бензотиофену, иначе
называемому тионафтеном:
тионафтен
Интересная реакция происходит при окислении тиофена (а также его про-
стейших гомологов) пербензойной кислотой: сначала образуется смесь сульфона
и сульфоксида, которые тут же реагируют между собой по схеме диенового син-
теза; сульфоксид, у которого стабилизация ароматического секстета тиофенового
кольца нарушена- присоединившимся к атому серы кислородом, выступает в роли
диена, а сульфон — как диенофил. Образующийся аддукт отщепляет тиоксидный
мостик (в виде сернистого газа и серы) и после дальнейшего дегидрирования
превращается в двуокись тионафтена:
двуокись тиаиафтеиа
Оксазолы — пятичленные гетероциклические соединения с
двумя гетероатомами (азота и кислорода) и сопряженной систе-
мой, образованной углерод-углеродной и азот-углеродной л-связя-
ми (азадиеновая система) также реакционноспособны в диеновом
синтезе (Г. Я. Кондратьева). Замещенные оксазола легко всту-
пают в реакцию Дильса—Альдера со многими активными диено-
филами, но образующиеся аддукты, содержащие кислородный мос-
тик, очень неустойчивы и претерпевают превращения с раскрытием
мостиковой структуры и отщеплением простых молекул (воды, во-
дорода, НХ или HR), что приводит к образованию замещенных
пиридина:
116
Эти реакции позволяют осуществлять синтез важных биологически
активных соединений — производных никотиновой и изоникоти-
новой кислот, а также витамина В6 (пиридоксина), являющегося
2-метил-3-окси-4,5-бис (оксиметил) пиридином:
4-метил-i-	дигидро-
этоксиоксазил фуран
170—200°
(автоклав)
витамин Be (пиридоксин)
Пирон ы-2 — шестичленные гетероциклические соединения,
способные участвовать в диеновом синтезе в качестве диенового
компонента; присоединяя молекулу диенофила, они образуют ад-
дукты с эндоксокарбонильным мостиком, легко отщепляющимся
при дальнейшем нагревании (в виде СО2). Если отщепление дву-
окиси углерода (декарбоксилирование) протекает в процессе дие-
нового синтеза, то образующаяся циклогексадиеновая система
обычно тут же присоединяет вторую молекулу диенофила, что при-
водит к бис-аддукту (Дильс, Альдер):
пирои-2
115’
моно—
бис-аддукт
117
В зависимости от заместителей и их положения в молекуле
исходного пирона-2 образующиеся моно-аддукты имеют различ-
ное пространственное строение — эндо- или экзо-конфигурацию
(Р. Я. Левина, Н. П. Шушерина), например:
При взаимодействии пиронов-2 с ацетиленовыми диенофилами
сразу образуются ароматические соединения:
а при использовании в качестве диенофилов нитрилов — производ-
ные пиридина:
этиловый эфир изоде**
гидрацетовой кислоты
CpC6H4R
N
-СО2
Некоторые аддукты пиронов-2 были использованы в синтезе
новых соединений, интересных по своему строению и свойствам.
Так, Циммерман в 1965 г., исходя из бис-аддукта пирона-2 с ме-
тилвинилкетоном последовательным рядом реакций, представлен-
ных на приводимой ниже схеме, получил диамин и превратил его
исчерпывающим метилированием (по Гофману) в триен, .симмет-
118
ричного пространственного строения, названный барреленом (би-
цикло[2.2.2]октатриен):
Баррелей устойчив и лишь при 250° превращается в бензол с одновременным вы-
делением ацетилена:
Подобно норборнадиену, он вступает в реакцию гомодиенового синтеза с ацети-
леидикарбоновой кислотой; образующийся аддукт при нагревании изомеризуется
(в результате гомолитического разрыва углерод-углеродных связей 3—4 и 7—8)
и с потерей водорода превращается в нафталиндикарбоновую-1,2 кислоту:
При облучении УФ-светом баррелей изомеризуется в так называемый семибуль-
вален, представляющий конденсированную систему двух пятичленных и трехчлен-
119
ного циклов и содержащий фрагмент чис-дивинилциклопропана
Из моно-аддукта пирона-2 с малеиновым ангидридом впервые был получен
и другой интересный углеводород — бицикло[2.2.0]гексадиен или дьюаровский
бензол:
СО
Этот углеводород образуется также при УФ-облучении бензола наряду с други-
ми изомерами:
В настоящее время фотохимическим и синтетическим путем получено большое
число различно замещенных бицикло[2.2.0]гексадиена, которые в зависимости от
1 Этот фрагмент присутствует также в бульвалене, барбаралене, барбара-
лоне, 3,7-гомотропилидене и некоторых других:
бульвален
барбалан
Как оказалось, эти соединения испытывают обратимую валентную изомериза-
цию с миграцией л-связей и бициклической о-связи (скорость которой возрастает
с уменьшением циклов, содержащих л-связи), поэтому их называют соединения-
ми с флуктнрующими связями:
120
природы заместителей обладают различной устойчивостью, характеризуемой пе
риодом полураспада при данной температуре, например:
т. пл. 63*
т. пл. 7,5°
п/п 5,5 ч
при 140°
п/п 135 ч
при 170°
взрывает
при 20°
Гетеродиеиы в диеновом синтезе. В развитие реакции Дильса—
Альдера в диеновый синтез в качестве первого (диенового) компо-
нента были введены соединения, сопряженная система которых
помимо углеродных атомов содержит атомы кислорода, азота,
серы или иных элементов; такие системы называют гетеродиено-
выми.
Сопряженная система л-связей, включающая углерод-углерод-
ную и углерод-кислородную связи (оксабутадиеновую систему),
присутствует, например, в а, 0-непредельных альдегидах и кето-
нах, т. е. соединениях, которые до сих пор рассматривались нами
как типичные диенофилы:
СН8
транс-кротоновый метилвинилкетон
/\/сн’
о-хинометил
альдегвд
Диеновые конденсации с участием гетеродиенов протекают по
обычной схеме 4+2->6-циклоприсоединения:
2,3-лиги дро-4Н-пираны
Подобно тому как в развитии диенового синтеза определяющее
значение имела димеризация диенов, впервые открытая и изучен-
ная С. В. Лебедевым, так и в развитии реакций диенового синтеза
с участием гетеродиенов отправным моментом явилась димериза-
121
ция а, 0-непредельных карбонильных соединений, например акро-
леина:
Н-/
Н— V)
О
2-формил-2,3-дигидро-4Н-пираи
Димеризация акролеина протекает избирательно с преимуще-
ственным образованием орто-изомера (хотя в соответствии с по-
лярным механизмом выгоднее было бы образование мета-изомера),
т. е". в соответствии со структурной направленностью диенового
синтеза по схеме, при которой энергии перекрывания и полярного
взаимодействия имеют сравнительно небольшое значение. Далее
оказалось, что акролеин, кротоновый альдегид, метилвинилкетон
и другие непредельные альдегиды и кетоны этого ряда легко и с
высокими выходами реагируют со многими этиленовыми соедине-
ниями, в том числе со стиролом, дивинилом:
а также виниловыми эфирами; последнюю реакцию следует рас-
сматривать как пример диенового синтеза с обращенным электрон-
ным характером; гидролиз образующихся в этом случае 2-алкокси-
дигидропир анов приводит к 1,5-дикарбонильным соединениям с
препаративными выходами:
При использовании в качестве диенофилов винилацетата, фенил-
винилового или дивинилового эфиров реакцию проводят при на-
гревании в автоклаве до 180°, при более высокой температуре
(500°) имеет место ретродиеновый распад; таким образом, и эта
реакция диенового синтеза — обратимая:
122
СХсн-CH
v *1—C H 2
Гетеродиенами в диеновом синтезе могут быть также арома-
тические а, р-дикетоны и о-хиноны, в которых присутствует диокса-
бутадиеновая сопряженная система:
бензил
«-бензохинон
Образующиеся аддукты содержат два кислородных гетероатома и
являются замещенными 1,4-диоксена (реакция также обратима):
стильбен 2,3,5,6-тетрафеиил-! ,4-диоквен
Н5св СвНБ
1,1 -дифенилэтилен
о-Хиноны взаимодействуют с этиленовыми соединениями (в ко-
торых л-связь сопряжена по крайней мере с одной арильной груп-
пой) при УФ-облучении или на солнечном свету. Строго говоря,
эту реакцию (ее называют реакцией Шёнберга) следует рассмат-
123
ривать лишь как родственную диеновому синтезу, поскольку, хотя
она и протекает по схеме 2+4->6-циклбприсоединения, но отли-
чается по условиям и механизму. Это радикальная реакция, в
процессе которой под действием света промежуточно образуется
бирадикал |
х/\о-
Отметим, что о-бензохиноны содержат в своей молекуле бута-
диеновую и диоксабутадиеновую сопряженные системы и обладают
способностью образовывать аддукты двух типов — по схеме I, с
участием бутадиеновой системы, и по схеме II, с участием диоксаг
бутадиеновой системы:
схема I
схема II
Оба аддукта чаще всего получаются одновременно. Так, например,
тетрахлор-о-бензохинон как очень активный диен реагирует со
Многими этиленовыми соединениями при простом нагревании даже
в темноте и в реакции с циклопентадиеном он дает два аддукта по
схеме I и II:
Многие о-хиноны легко димеризуются, что свидетельствует о их
способности выступать также в роли диенофилов:
124
Примерами гетеродиенов с азабутадиеновой системой являются
шиффовы основания, изоцианаты и азадиены, также реагирующие
по схеме диенового синтеза с образованием азотсодержащих гете-
роциклических соединений ряда хинолина и пиридина:
метилдигидрофуран
(виниловый эфир)
замещенный
тетрагидрохинодмв
бензальанилин
2- оксихинолин
азадиен
диметилэтилпириди-н
Дигидроиндиго содержит диазабутадиеновую систему и всту-
пает в диеновый синтез со стиролом:
дигидронидиго	замещенный
тетрагидропиразин
но не реагирует с малеиновым ангидридом — еще один пример
диена, участвующего в диеновом синтезе с обращенным электрон-
ным характером (см. выше).
Таким образом, участие гетеродиенов в диеновом синтезе зна-
чительно расширяет возможности этой реакции как метода син-
теза разнообразных гетероциклических систем.
125
ГЛАВА Ш
Ретродиеновый распад
и его синтетическое
применение
Диеновый синтез — обратимая реакция, для которой константа
скорости образования аддукта (Ki) и константа скорости его дис-
социации на исходные компоненты (ретродиеновый распад; К2)
значительно отличаются друг от друга:
Как правило, аддуктообразование протекает при умеренных тем-
пературах (от комнатной до 200—250°), а разложение — при бо-
лее высоких (от 200 до 500° и выше)-. Аддукты диенового синтеза
в зависимости от строения значительно отличаются друг от друга
по устойчивости. Наиболее термически устойчивы аддукты аци-
клических диенов с этиленовыми диенофилами. Так, циклогексен,
получаемый из дивинила и этилена, пиролизуется либо при про-
пускании через стеклянную трубку, нагретую до 600—700°, либо
на хромово-никелевой проволоке при 700—750° (лабораторные ме-
тоды получения дивинила):
,,	160°, 900 атм
II 600—700° И J
X	\/
Примерно при таких же высоких температурах осуществляется
разложение 4-винилциклогексена (димера дивинила) и дипентена
(димера изопрена):
126
Аддукты алкадиенов с малеиновым ангидридом обычно под-
вергаются распаду при 500—600°, поэтому генерируемые в столь
жестких условиях диены в значительной мере осмоляются (поли-
меризуются). Однако температуру разложения аддуктов, как ока-
залось, можно понизить до 250—300°, если проводить пиролиз в
присутствии термостабильного транс-1,4-дифенилбутадиена-1,3.
Понижение температуры разложения аддукта способствует умень-
шению полимеризации, а вместе с этим и увеличению выхода
диенового углеводорода, поэтому при проведении ретродиенового
распада с целью очистки диена и его выделения в индивидуальном
виде, к пиролизуемому соединению рекомендуется прибавлять
транс-1,4-дифенилбутадиен;
Аддукты ацетилендикарбоновых эфиров с алкадиенами терми-
чески стабильнее аддуктов малеиновой кислоты (и ее производ-
ных) и изомерных (по положению двойной связи) 1,2-дизаме-
щенных циклогексена, получаемых частичным гидрированием ад-
дуктов с ацетилендикарбоновым эфиром по незамещенной двойной
связи. Такое гидрирование позволяет превратить устойчивые ад-
дукты в пиролизуемые, например:
Z	СООСН8	/\—СООСН»
4- II -X	+2(Н]
\	СООСН8	I^J-СООСНз
700—800°
соосн8
СООСПз
Аддукты циклических диенов сравнительно малоустойчивы.
Димер циклопентадиена,' например, частично диссоциирует уже
при простом растворении в органических растворителях, что поз-
воляет использовать его в диеновом синтезе в качестве потен-
циального диена. Малоустойчивы аддукты циклопентадиена с хи-
нонами, фульвенов с малеиновым ангидридом, антрацена и других
ароматических углеводородов со многими диенофилами. Аддукты
фурана и его гомологов с малеиновым ангидридом легко распа-
даются при плавлении, что позволило разработать способы выде-
ления из технической смеси и очистки фурана, сильвана (2-метил-
фурана), 2,5-диметилфурана.
Различия в термической устойчивости аддуктов циклических и
алифатических диенов подтверждаются следующими превраще-
ниями: аддукт циклопентадиена с малеиновой кислотой — норбор-
надиендикарбоновая кислота, при нагревании с 2,3-диметилбута-
127
диеном до 200° превращается в смесь циклопентадиена и 4,5-ди-
метилциклогексен-4-дикарбоновой кислоты, т. е. в аддукт 2,3-диме-
тилбутадиена с малеиновой кислотой; таким образом, указанное
превращение схематически сводится к замещению в исходном'
аддукте циклического диенового компонента (циклопентадиена)
ациклическим (2,3-диметилбутадиеном). На самом деле, в этих
условиях сначала имеет место ретродиеновый распад и последую-
щее взаимодействие образовавшейся при этом малеиновой кисло-
ты с 2,3-диметилбутадиеном, приводящее к более устойчивому
конечному аддукту:
СООН
ООН
Нз
^Н3С—Z^p-COOH
Н3с—соон
Аналогичным образом аддукт антрацена с ацетилендикарбоно-
вой кислотой превращается в устойчивый аддукт дивинила с тем
же диенофилом (в циклогексадиен-1,4-дикарбоновую кислоту):
Ретродиеновый распад нашел широкое синтетическое примене-
ние. С его помощью удается получить многие диеновые и олефи-
новые соединения, синтез которых по обычным схемам осущест-
вить зачастую очень трудно. В синтетических целях пиролизу
подвергают не сами аддукты диенового синтеза, а соединения,
получаемые из них в результате дальнейших различных превра-
щении. Ниже приведены примеры таких реакций, в которых ис-
пользуется термическая неустойчивость аддуктов антрацена.
Винилциклогексан не удается получить гидрированием доступ-
ного винилциклогексена (димера дивинила), поэтому для его
получения гидрируют аддукт винилциклогексена с антраценом it
полученное соединение пиролизуют:
128
Хлорангидрид ацетилендикарбоновой кислоты, который также
нельзя непосредственно получить из ацетилендикарбоновой кисло-
ты, синтезируют превращениями аддукта антрацена с ацетиленди-
карбоновым эфиром по указанной схеме; на последней стадии
нагревание проводят в присутствии малеинового ангидрида, кото-
рый как бы вытесняет модифицированный диенофил — хлорангид-
рид ацетилендикарбоновой кислоты:
Один из удобных методов получения диимида, используемого
в момент образования для восстановления олефиновых соединений
(см.: Юрьев Ю. К., Левина Р. Я-, Шабаров Ю. С. Прак-
6 Зак. 74
129
тические работы по органической химии, вып. IV. М., Изд-во Моск,
ун-та, 1969, с. 97, 98), заключается в омылении аддукта антра-
цена с азодикарбоновым эфиром спиртовой щелочью с последую-
щим декарбоксилированием при омылении и разложением обра-
зовавшегося 9,10-дииминоантрацена (нагреванием в кипящем
спирте):
Превращения различных аддуктов антрацена с последующим
ретродиеновым распадом использовались также для получения
аллиламина:
LiAlH4
ch2nh2
130
метилциклопентадиенона:
в синтезе метиленбициклобутена:
1 LiAlH4
2. C6H5SOC1
3. NaBr; (СН3)2СО
.COOR
+ y^COOR ----*-
метиленмало-
новый эфир
метилеициклобутен
при получении цианодиимидкарбоксилата, являющегося в свою
очередь активным диенофилом, конденсация с которым приводит
к замещенным тетрагидропиридазина;
6*
131
N—COOR
дианодиимид-
карбоксилат

Ретродиеновому распаду в синтетических целях подвергают
соединения, получаемые превращениями аддуктов циклопентадие-
на, гексахлорциклопентадиена, фурана и других циклических дие-
нов.
Поскольку сам п-бензохинон чувствителен к действию щелочей,
то для получения моно-эпоксибензохинона эпоксидируют его ад-
дукт с циклопентадиеном, последующий пиролиз протекает почти
количественно:
Для введения электрофильных заместителей в положение 2
’(или 2 и 3) молекулы нафталина поступают следующим образом:
бис-аддукт гексахлорциклопентадиена с нафталином (который с
этим диенофилом при 160° реагирует в основном как диенофил) 1
1 С гексахлорциклопентадиеном аналогично ре'агируют и другие ароматиче-
ские системы: антрацен, фуран, тиофен. Как оказалось, в эту реакцию удается
ввести и бензол, но лишь в очень жестких условиях (20-часовое нагревание
при 220—240° под давлением 10 000 атм.).
(присоединение третьей молекулы диена невозможно по стерическим причинам).
132
подвергают желаемому моно- или дизамещению и дальнейшим
пиролйзом осуществляют переход к соответствующим замещенным
нафталина:
Склонность аддуктов фурана к диссоциации используют при
получении малеинимида
В приведенных для иллюстрации примерах синтетического при-
менения ретродиенового распада 'самих аддуктов диенового син-
теза или продуктов их превращений всегда разрывались именно
те сг-связи, которые возникли в исходном аддукте в процессе дие-
нового синтеза. При ретродиеновом распаде может, однако, проис-
ходить разрыв и других a-связей, присутствовавших ранее (до об-
разования аддукта) в исходном диене, но в том и другом случае
всегда оказывались непрочными связи, находившиеся в 0-поло-
жении, относительно имеющихся в пиролизуемой молекуле л-свя-
зей. Лабильный характер простых углерод-углеродных связей,
находящихся в 0-положении относительно кратной связи, впервые
установленный эмпирическим путем (так называемое правило
Шмидта, 1935 г.), объясняется сг-л-сопряжением
133
При реакции циклогексадиена с эфиром ацетилендикарбоновой
кислоты в образующемся аддукте возникают две о-связи между
1—8 и 4—7 углеродными атомами, а при пиролизе этого аддукта
разрываются связи между 1—6 и 4—5 углеродными атомами, в
результате чего выделяется этилен, т. е. «вылетает» эндоэтилено-
вый мостик, и получаются фталевые эфиры:
Таким образом, в этом случае разрываются, о-связи, присутство-
вавшие в исходном диене, поскольку в аддукте они оказались
сопряженными одновременно с двумя л-связями и в силу этого
менее прочными, чем те, которые возникли при диеновом синтезе
(связи 1—8 и 4—7).
Аддукты пиронов-2 с различными диенофилами легко декар-
боксилируются и превращаются в производные циклогексадиена;
в этом случае аддукт теряет эндоксокарбонильный мостик, состав-
лявший фрагмент молекулы исходного диена — пирона-2:
•К такому типу ретродиенового распада относится и декарбо-
нилирование аддуктов циклонов (замещенных циклопентадиено-
нов), отщепление циклопропена и циклобутена из аддуктов аце-
тилендикарбоновой кислоты с циклогептатриеном и циклооктатрие-
ном соответственно, а также разложение аддуктов этого диено-
фила с циклооктатетраеном, пиролиз 3,6-эндоксотетрагидрофта-
левых кислот и др.:
134
аддукты циклонов
с этиленовыми
диенофилами
аддукты циклонов
с ацетиленовыми
диенофилами
аддукты цикло-
геПтатриена с
ацетиленовыми
диенофилами
аддукты цикло-
октатриена с
ацетиленовыми
диенофилами
аддукты цикло
октатриена с
ацетиленовыми
диенофилами
эндоксатетраглдро-
фталевые кислоты
Изучение сравнительной скорости ретродиенового распада сте-
реоизомерных аддуктов, имеющих эндо- и экзо-конфигурацию,
показало, что первые из них, как правило, легче подвергаются
распаду; аддукты экзо-строения термодинамически более устой-
чивы, и скорость их разложения меньше.
ПРИМЕРЫ СИНТЕЗОВ
Бутадиенсульфон (сульфолен)
+ SOj
j^S°2
В толстостенный сосуд, пригодный для’ проведения реакций
под давлением (с этой целью можно использовать бутылку из-под
шампанского), помещают 5 мл жидкого дивинила, 10 мл серни-
стого ангидрида и 0,1 г гидрохинона, плотно закрывают резиновой
пробкой (которую обматывают мягкой проволокой) и выдержи-
вают при комнатной температуре две недели; выделившийся кри-
сталлический аддукт перекристаллизовывают из горячей воды
(50°). Выход 7,4 г (80—85%), т. пл. 64—65°.
Так же получают изопренсульфон с т. пл. 63—63,5°, выход 80%.
135
Ангидрид циклогексен-4-дикарбоновой кислоты
25 г бутадиенилсульфона и 15 г малеинового ангидрида в 50-мл
ксилола нагревают в колбе с обратным холодильником до прекра-
щения выделения сернистого ангидрида. Выпавший по охлаждении
белый кристаллический ангидрид циклогексен-4-дикарбоновой кис-
лоты перекристаллизовывают из смеси бензол — лигроин; выход
28 г (90%), т. пл. 101—103°.
Ангидрид циклогексадиен-2,4-дикарбоновой
кислоты
соон
Су °2 + II
соон
соон
соон
3,5 г бутадиенсульфона и 3 г ацетилендикарбоновой кислоты
нагревают при постоянном перемешивании (в колбе с обратным
холодильником) сначала при 120—130° (до прекращения выделе-
ния сернистого ангидрида), а затем 30 мин при 165°, после чего
прибавляют 8 мл толуола и отгоняют смесь толуола с водой (при
120°); остаток перекристаллизовывают из смеси уксусной кислоты
и этилацетата (1:1) и выделяют 1,3 г аддукта с т. пл. 147—148°.
Из маточника перегонной в вакууме (т. кип. 140—145° при 12 мм)
выделяют еще 0,5 г аддукта; общий выход 1,8 г (54% от теоре-
тического).
бис-Ангидрид бицикло (2.2.2) октен-2-тетракарбоновой
кислоты
136
11 г кротонового альдегида растворяют в 54 г уксусного ан-
гидрида и прибавляют 0,1 г гидрохинона (или фентиазина) и 0,2 г
n-толуолсульфокислоты, при этом смесь постепенно саморазогре-
вается до 70°; через 1 ч реакция заканчивается и температура
падает. Полученный таким образом раствор 4,4-диацетоксибуте-
на-1 медленно по каплям в течение 30 мин прибавляют к раствору
30 г малеинового ангидрида в 50 мл уксусного ангидрида и 0,2 г
n-толуолсульфокислоты, нагревают 6 ч при 140° (с обратным хо-
лодильником), охлаждают до комнатной температуры, выпав-
шие кристаллы отфильтровывают (10 г), фильтрат снова кипятят
14 ч и после отгонки растворителя выделяют еще 20 г аддукта.
Всего получают 30 г (55—60%) аддукта с т. пл. 335° (с разло-
жением).
Триптицен
10 г антраниловой кислоты растворяют в 55 мл сухого ацетона
и прибавляют за 2 ччпри механическом перемешивании и нагре-
вании к смеси 12,5 г антрацена, 9 г свежеперегнанного амилнитри-
та в 200 мл хлористого метилена. Затем из реакционной среды
отгоняют хлористый метилен и образовавшийся амиловый спирт,
прибавляют 15 г малеинового ангидрида и 100 мл ксилола, нагре-
вают 30 мин (с обратным холодильником) и после охлаждения
прибавляют 150 мл воды и 150 мл хлористого метилена. Нижний
слой отделяют и промывают несколько- раз 15%-ным раствором
едкого кали и частично отгоняют растворитель в вакууме. Выпав-
ший после охлаждения триптицен отфильтровывают и промывают
сначала метиловым спиртом, затем пентаном. Получают 9 г (50%
от теоретического) триптицена с т. пл. 252—253° (из циклогексе-
на), Rf 0,43 (в тонком слое окиси алюминия, в смеси бензол —
петролейный эфир, 1:10).
Аддукт антрацена с малеиновым
ангидридом
137
1,8 г антрацена, 1 г малеинового ангидрида и 1,3 г хлористого
алюминия растворяют при комнатной температуре в 50 мл хлори-
стого метилена. Через 1,5—2 мин реакционную смесь выливают
на лед и аддукт (2,7 г, выход количественный) отфильтровывают,
т. пл. 258—259° (из ксилола), 262—263° (из этилацетата).
Аддукт антрацена с бензохиноном
1,8 г антрацена, 1 г бензохинона и 1,3 г хлористого алюминия
растворяют в 50 мл хлористого метилена при комнатной темпе-
ратуре, взбалтывают в течение 15 мин, затем выливают на лед,
осадок отфильтровывают, высушивают на воздухе и получают
2,5 г (90% от теоретического) аддукта, который при 207° (из ле-
дяной уксусной кислоты) становится желтым, а при 210° — крас-
ным.
Для получения бис-аддукта поступают, как описано выше, но
берут удвоенное количество антрацена (3,6 г). Получают 4 г (90%
от теоретического) бис-аддукта с т. пл. 230°.
5-формилбицикло (2-2.1) гептен-2
сно
138
3 г акролеина растворяют в 40 мл эфира, охлаждают льдом
и по каплям прибавляют 16,5 г свежеперегнанного циклопента-
диена, оставляют на ночь при комнатной температуре, затем эфир
отгоняют и остаток перегоняют в вакууме. Получают 5,8 г (90%
от теоретического) аддукта с т. кип. 52° (при 4 мм), 69—73° (при
20 мм), и® . 1,4883.
Нитрил 4-фодмилпентен-4-карбоновой
кислоты (ретродиеновый распад]
1)	7-формалдибензобицикло[2.2.2]октадиен; 22 г акролеина и
22 г антрацена в 75 мл толуола нагревают 2,5 ч при 170—180 е,
охлаждают до 50°, отфильтровывают выделившийся непрореаги-
ровавший антрацен и при дальнейшем охлаждении получают 22,5 г
(80% от теоретического) аддукта с т. пл. 95—96°.
2)	7-формил - 7- р-пропионитрилдибензобицикло[2.2.2]октадиен:
к 19,5 г полученного аддукта в 20 мл диоксана прибавляют за
20 мин по каплям раствор 8,7 акрилонитрила и 1 мл конц. КОН
в 50 мл диоксана, перемешивают 5 ч при 35°, отгоняют большую
часть растворителя, и при охлаждении получают 19 г (80% от
теоретического) нитрила с т. пл. 130°.
3)	нитрил 4-формилпентен-4-карбоновой кислоты: 14 г полу-
ченного нитрила в 20 мл вазелинового масла постепенно нагревают
в течение 3 ч при 220—225° и одновременно отгоняют в вакууме
(из колбы с длинным дефлегматором) образующуюся кислоту.
Получают 3,6 г (68% от теоретического) кислоты с т. кип. 58—
60° (при 1 мм).
139
Описание других синтезов по данной теме, а также ссылки
на методики, имеющиеся в доступных руководствах, приведены в
учебном пособии: Агрономов А. Е. и ШабаровЮ. С. Ла-
бораторные работы в органическом практикуме. М., «Химия», 1974,
с. 207—212.
ЛИТЕРАТУРА
Онищенко А. С. Днеиовый синтез. М., Изд-во АН СССР, 1963.
Вассерман А. Реакция Дильса — Альдера. М„ «Мир», 1969.
Органические реакции, т. 4. М., ИЛ, 1951, с. 7—214.
Химия алкенов, под ред. С. Патая. М., «Химия», 1969, с. 535—573.
Зауэр Е. —«Успехи химии», 1969, т. 38, с. 624—661.
Шушерина Н. П. — «Успехи химии», 1974, т. 43* с. 1772—1793.
Джилкрист Т., Сторр Р. Органические реакции и орбитальная симметрия.
М., «Мир», 1976, с. 120—146.
Часгць II
Конденсации
карбонильных
соединений
ВВЕДЕНИЕ
Любые органические вещества, содержащие в молекуле группу
^С=О, в принципе, могут быть названы карбонильными сое-
динениями. Такое определение позволяет отнести к карбонильным
соединениям альдегиды и кетоны, карбоновые кислоты и их произ-
водные, хиноны, кетены, а также ряд ди- и полифункциональных
соединений, например: кетоно- и аминокислоты, углеводы, произ-
водные барбитуровой кислоты. Однако реакционная способность
карбонильной группы во многих из перечисленных выше соедине-
ний проявляется или недостаточно четко, или не проявляется вов-
се.	,
В настоящем разделе будут рассмотрены превращения, проис-
ходящие с участием альдегидов, кетонов и сложных эфиров —
карбонильных соединений, в которых свойства карбонильной груп-
пы проявляются достаточно ярко. • При этом из весьма широкого
круга реакций, используемых в синтетической практике, выбраны
только относящиеся к конденсациям, т. е. сопровождающиеся услож-
нением углеродного скелета (не обсуждаются, например, получе-
ние оксимов и гидразонов или восстановительно-окислительные
реакции), и в которых принимают участие лишь названные выше
простейшие карбонильные соединения. Конденсации альдегидов
и кетонов с ацетиленом и другими непредельными углеводородами,
циклопентадиеном, алифатическими нитросоединениями, хлорофор-
мом, фенолами, а также реакции с участием нитрилов и нитро-
соединений и ряд других рассматриваться не будут1.
1 Более широкий круг реакций карбонильных соединений, сопровождаю-
щихся усложнением углеродного скелета, обсуждается в кн.: А г р о н о-
мов А. Е. Избранные главы органической химии. М., Изд-во Моск, ун-та, 1975,
с. 119.
141
ГЛАВА I
Конденсации альдегидов
и кетонов
МЕХАНИЗМ АЛЬДОЛЬНО-КРОТОНОВЫХ
КОНДЕНСАЦИЙ
Важнейшая особенность карбонильной группы, которая опре-
деляет реакционную способность простейших карбонильных сое-
динений — ее полярность и способность поляризоваться. Поляр-
ность — следствие того, что кислород обладает большей электро-
отрицательностью (3,5), чем углерод (2,4), а электроны двойной
углерод-кислородной связи достаточно лабильны. Факт смещения
электронной плотности от углерода к кислороду, превышающий
наблюдаемый для соединения с одинарной С—О связью (эфиры,
спирты), был подтвержден измерением дипольных моментов.
Оказалось, что это смещение составляет 22% от предельного
(Ъс—0->>С—o'),	при котором на атоме углерода был бы
полный положительный, а на атоме кислорода — полный отри-
цательный заряд. Чтобы отразить эту особенность строения карбо-
нильной группы, се иногда изображают следующим образом:
«+ б-
С=О или
Отсюда следует, что углерод карбониль-
ной группы должен обладать электрофильными (кислотными),
а кислород — нуклеофильными (основными) свойствами.
Способность альдегидов и кетонов реагировать с нуклеофила-
ми — естественное следствие электрофильности карбонильного
углерода. В общем виде схему этой реакции (Nu — нуклеофильная
частица) можно представить следующим образом:
Легкость протекания этого превращения зависит, с одной сто-
роны, от величины частичного положительного заряда на карбо-
142
пильном углероде (следовательно, от электронодонорности или
электроноакцепторности связанных с ним радикалов) и от доступ-
ности последнего (пространственные факторы), т. е. от строения
карбонильного соединения. Например, п-нитробензофенон будет
легче реагировать с нуклеофилами, чем бензофенон (частичный
положительный заряд на. карбонильном углероде увеличивается с
введением нитрогруппы в один из фенильных радикалов), а аце-
тон — легче, чем диизопропилкетон (карбонильный углерод в по-
следнем более экранирован). С другой стороны, скорость присое-
динения нуклеофила к карбонильной группе существенно зависит
и от его природы. Например, альдегиды легко реагируют с аммиа-
ком и первичными аминами, а со спиртами — лишь в присутствии
катализаторов.
Каталитическое действие последних обусловлено способно-
стью карбонильной группы поляризоваться. Простейшим примером
может служить взаимодействие карбонильных соединений с доста-
точно сильными протонными кислотами (например, с галогеново-
дородами, арилсульфокислотами). В этой реакции проявляются
основные свойства карбонильного кислорода1:
к 6+ б- Л- [Н+] к +	\
>с=о +-===-* >с=о—н ~ рс+—о—н
/ — 1Н ] / /
или	(2)
^>С — О-- н
®(i)
В результате в реакционной смеси появляется такая форма
карбонильного соединения, в которой электрофильные свойства
карбонильного углерода значительно усилены (активированная
форма I). Этим, в частности, и объясняется тот факт, что спирты,
не реагирующие с альдегидами и кетонами в отсутствие катали-
затора, легко дают соответственно ацетали и кетали (последние
не всегда) при кислом катализе:
RCHO + 2R'OH	RCH (OR')2 4- Н2О.
Подобная активация карбонильных соединений (она обратима)
может осуществляться не только протонными кислотами, но и
агентами кислого характера. Например:
1 Впервые подтверждение этого факта получил Ганч в 1909 г. Он доказал,
что приведенное ниже равновесие в 100 %-нон серной кислоте полностью сдви-
нуто вправо:
CgHgv	С6Н5ч _|.
)с=о + H2SO4 —	>С=О—Н -4 HSO?.
CIV	сн3/ 
143
Вг
Br
o—Mg-
-OH-MgBr.
—0+—Mg- -> или
Br
Br
(2a)
;C— O— Mg-
Br
Возникшая в результате поляризации С = 0 связи активирован-
ная форма карбонильного соединения (I) может стабилизировать-
ся в результате выброса протона от а-углеродногр атома и пере-
ходить в енольную форму (II), что приводит к равновесию
Таким образом, при обработке карбонильного соединения про- -
тонными кислотами образуется не только активированная его
форма (I), но и енол (II).
Рассмотрим теперь, какие превращения будет претерпевать
карбонильное соединение при действии на него оснований. Дефи-
цит электронной плотности на карбонильном углероде не только
определяет способность карбонильных соединений, взаимодейство-
вать с нуклеофилами (см. уравнение (1)), но и приводит к появ-
лению протонной подвижности атомов водорода, связанных с уг-
леродом, соседним с карбонильным (так называемые а-водородные
атомы). Последняя объясняется .как отрицательным-индуктивным
влиянием карбонильного углерода, сказывающегося в первую
очередь на соседних С—Н связях, так и возможностью делокали-
зации отрицательного заряда в анионе (III), образующемся при
действии основания (В) на карбонильное соединение:
е 1
к	.в(-вн)	_	К Z—1,4 '
/С-*-С—-j- Ъс-*-с= о—> ;с=с—о или рс~с—о (4)
i п ВН(-В) z |	' I
П1а	Шб	III
Такой анион должен существовать преимущественно в форме ено-
лята (Шб), что определяется разницей в электроотрицательностях
144
углерода и кислорода, и обладать как нуклеофильными, так и ос-
новными свойствами. Он будет образовываться в заметных коли-
чествах в том случае, когда (В) превосходит его по основности,
но в то же время не является достаточно сильным нуклеофилом,
чтобы присоединяться по карбонильной группе (см. уравнение
(1)). Примерами оснований такого рода могут служить обладаю-
щие высокой основностью,' но сравнительно слабо выраженной
нуклеофильностью металлические производные аминов — литий-
диизопропиламин, литийизопропилциклогексиламин, натрий-бис-
триметилсилиламин и некоторые другие. При взаимодействии
карбонильных соединений с подобными основаниями будет обра-
зовываться соответствующий енолят.
Как видно из схем (3) и (4), под действием как- кислот, так
и оснований карбонильные соединения дают активированные фор-
мы. В первом случае это молекулы с сильно поляризованной С = О
связью и усиленным (по сравнению с исходным карбонильным
соединением) положительным зарядом на карбонильном углероде
(I) (см. схему (3), а во втором — это енолят-анион (III) (см.
схему (4)), который может проявлять как основные, так и нуклео-
фильные свойства. Повышенная реакционная способность обеих
форм обусловливает их дальнейшие превращения.
В кислой среде протонированное карбонильное соединение (I),
обладая повышенной электрофильностью, реагирует с образовав-
шимся в условиях реакции (см. схему (3)) енолом (II), который
обладает лабильными л-электронами, что и обусловливает его
нуклеофильные свойства; при этом карбонильный углерод атакует
двойную связь последнего, и стабилизация продукта реакции осу-
ществляется в результате отщепления протона от атома кислорода
енола (II):
^С—С + Чс=с------=1^—'/С—С—С—С—
' ® I! I	I 1 II
о о—н	он о v’
I . II	IV
Обычно полученные таким образом продукты конденсации (IV)
в кислой среде подвергаются дегидратации • и переходят в соот-
ветствующие а, ^-непредельные карбонильные соединения:
\c_Lc-c- -iffi—>
Z I I i I!
ОН О '
- IV
-H2O
— [H4]
145
V
Енолят-анион (III), образующийся при обработке основанием
карбонильного соединения, — сильный нуклеофил. Отрицательный
заряд в нем, хотя и делокализован между соседними атомами уг-
лерода и кислорода, сосредоточен в основном на последнем в силу
его большей электроотрицательности.
В то же время в реакционной смеси в этом случае будет при-
сутствовать и исходное карбонильное соединение (см. уравнение
(4)), карбонильный углерод которого, как уже упоминалось, об-
ладает электрофильными свойствами. Важно знать, по какому из
атомов (кислороду или углероду) может происходить электро-
фильная атака енолят-аниона (III) карбонильным соединением.
Известно, что при реакции цианид- и нитрит-ионов, в которых от-
рицательный заряд также рассредоточен между атомами, обла-
дающими различной электроотрицательностью, с галогеналкилами
в условиях замещения по 5у2-мехаиизму электрофильная атака
аниона происходит не по месту с большей электронной плотностью
(т. е. по атомам азота и кислорода соответственно), а по месту
с большей нуклеофильной силой, т. е. по углероду й азоту 1 соот-
ветственно:
Поскольку в рассматриваемом нами случае электрофил (кар-
бонильное соединение) не может переходить в ионную форму, он
должен атаковать енолят-анион (III) по атому углерода, как об-
ладающему меньшей электроотрицательностью и, следовательно,
большей нуклеофильной силой:
1 Подробнее см., например: Беккер,
органических соединений. М., «Мир», 1965, с.
Введение в электронную теорию
181.
146
Образовавшийся алкоголят-анион (VI) переходит в соответст-
вующее оксисоединение (IV), отрывая протон от протонированного
основания ВН (получаемого при генерировании енолят-аниона
(III); см. уравнение (4)):
III	III
—С—С—С—С 'ВН-> —с—С—С—С--в-
 II I I I	II I I 1
оо-	о он
VI	IV
(9)
или вырывая его из растворителя, в котором проводилась реакция
(например, из воды).
Как уже упоминалось, конденсация альдегидов и кетонов под
действием агентов кислого характера (в частности, протонных кис-
лот) обычно завершается образованием а, p-непредельных карбо-
нильных соединений (V). Онн, как правило, дальнейших превра-
щений не претерпевают (см. уравнение (6)).
В то же время оксипроизводные (IV), первоначально образую-
щиеся при конденсации, катализируемой основаниями (см. урав-
нения (8) и (9)), могут в зависимости от силы последних распа-
даться на исходные компоненты или давать непредельные альде-
гиды и кетоны (V).
Если сила используемого основания такова, что оно может
отщеплять протон только от оксигруппы продукта конденсации
(IV), то последнее частично расщепляется на исходные компонен-
ты и устанавливается равновесие
с—с
он
В(-ВН)
ВН(-В)
(10)
Положение этого равновесия, а следовательно, и выходы продукта
конденсации (IV) будут при этом зависеть от природы исполь-
зуемых реагентов и условий реакции (температура, растворитель).
Для повышения выхода продукт конденсации следует удалять из
сферы реакции.
Если же сила основности применяемого катализатора достаточ-
на для того, чтобы отщеплять протон от атома углерода, нахо-
дящегося в образовавшемся при конденсации соединении (IV)
между двумя электроноакцепторными группировками
147
—С— и —ОН—
II	I
. О	он
то происходит, как и при катализе кислотами (см. уравнение (6))',
образование а, p-непредельного альдегида или кетона:
н
„ 1	1	1 В(-ВН) •С—С—С—с— —	»- — с- II 1 1 1	II О	ОН	о	<4 1 1	-[ОН-]	1 |' -f Л ? —Г (11) *он	о
IV	V
В последнем случае оксисоединение (IV) необратимо уводится из
сферы реакции, и равновесие (см. уравнение (10)) сдвигается в
сторону образования дегидратированного продукта конденсации
(V).
Таким образом, при кислом катализе конденсация карбониль-
ных соединений протекает как электрофильная атака активной
протонированной формы карбонильного соединения на соответст-
вующий енол (см. уравнения (3) и (5)), являющийся сравнитель-
но слабым нуклеофилом, а при катализе основанием — как элек-
трофильная атака самого карбонильного соединения на енолят-
анион, обладающий значительно большей, чем соответствующий
енол, нуклеофильной силой (см. уравнения (4) и (8)).
Электрофильные частицы, участвующие в этом превращении
(само карбонильное соединение и его протонированная форма),
называют карбонильными, а нуклеофильные (енол или енолят-
анион) — метиленовыми компонентами.
В зависимости от строения конечного продукта реакции — ок-
сикарбонильного (IV) или а, p-непредельного карбонильного (V)
соединений — рассмотренные выше конденсации называют 'аль-
дольной или кротоновой (см. соответственно уравнения (5) и (9),
а также (6) и (И)). Эти названия соответствуют тривиальным
наименованиям продуктов соответствующих превращений уксусно-
го альдегида:
2СН3СНО -> СН3СНСН2СНО
он
альдоль
2СН3СНО ----гг^->СН3СН-СНСНО
Л — Н2О л
кротоновый альдегид
148
СВЯЗЬ СТРОЕНИЯ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ
С ПОВЕДЕНИЕМ ИХ В АЛЬДОЛЬНО-КРОТОНОВЫХ
КОНДЕНСАЦИЯХ
Как следует из приведенного выше материала, альдегид или:
кетон будет способен к самоконденсации по альдольному или кро-
тоновому типу только в том случае, если из него в условиях реак-
ции (катализ кислотами или основаниями) может быть получена
смесь достаточно активных метиленового и карбонильного компо-
нентов.
Следовательно, альдегиды и кетоны, не содержащие атомов
водорода у углеродов, соседних с карбонильной группой (так на-
зываемые а-углеродные атомы), будут неспособны вступать в рас-
сматриваемую реакцию, поскольку из них не могут быть генери-
рованы метиленовые компоненты — енол (II) и енолят (III).
Примеры соответствующих карбонильных соединений:
СН3
Н\	J
)С=О сн3—с—сно с-6н5—сно
н/	| '
сн8
формальдегид триметилуксусиын бензальдегид
(пивалиновый)
альдегид
^о^сно
ФУРФУРОЛ
сн3 сн3
СН3—С—С—с—сн3	С6Н5—с—свн5
I II I	il
СН3О сн3	о
ди-трет.-бутилкетон	бензофенон
Вместе с тем ряд кетонов, содержащих менее активную и
пространственно затрудненную карбонильную группу, хотя и мо-
жет давать енолы (II) или еноляты (III), в самоконденсацикд
альдольного (см. уравнения (5) и (9)) или кротонового типа (см.
уравнения '(6) и (И)) вступает с трудом или вовсе не вступает.
В качестве примеров приведем
СН3
СН.	/
>СН—С—сн
СН/ II \
о сн3
сн3 сн3
сн3—с-с—сн
СН3О 'сНз
Диизопропилкетон нзопропнл-трет.-бутнлкетон
сн3
>СН—С—свн5
сн/ II
о
изобутирофенон.
Альдегиды и симметрично построенные кетоны могут давать
в результате самоконденсации по альдольному или кротоновому
типу только один продукт реакции:
149
2R—CH2CHO->• RCH2—CH—CHCHO или RCH2CH~C—CHO
OH R	R
2R—CHoCCH2R -> RCH2—C—C=C—CH,R
"	II I |
О	OR CH2R
или
OH
I
RCH, C—CH—C—CH2R
6 R CH2R
Несимметрично построенные кетоны при катализе как кисло-
тами, так и основаниями могут давать в каждом случае два не-
равноценных метиленовых компонента. Генерирование последних
на примере метилэтилкетопа может быть схематически представ-
лено следующим образом:
1) в кислой среде
Н
' I
СН2=С—СН2СН3 ч- Н—СН,—С—СН-лСН3 -> сн3—с=снсн8
I	II	!
О—н	о	он
VII	VIII
2) при действии оснований
н
СН2—С—СНоСНз ч- Н=СН,—С—СН—СН3 -> сн3—с-сн—сн3
О I	|!	I О
О	0	0
X	IX
(12)
Отсюда следует, что метилэтилкетон может давать два продукта
альдольной (или кротоновой) конденсации, например:
сн3	сн3
i -	I
СН3СН,С—СН, - с—сн2сн3 -> СН3СН2ССН2ССН2СН3
I О	i!	II	I
0	0	о	он
сн3	сн3	сн3	сн3
II	II
СН3С - СН 4- С—СН2СН8 -> СН3С—СН—С—СН2СН3
I О	li I
0	0	о он
150
Однако в кислой среде или под действием оснований оба возмож-
ных направления не реализуются в равной степени.
В кислой среде образуется энергетически более выгодный сим-
метричнее построенный енол (VIII) и практически единственным
продуктом конденсации (которая идет как кротоновая по метиле-
новой группе метилэтилкетона) является 3,4-диметилгексен-3-он-2:
сн.с—с = с сн2сн3
3II	I
о	сн3
3 4— диметилгексен—3 — он— 2
В присутствии оснований осуществляются оба возможных на-
правления, но преимущественно образуется продукт конденсации
по метильной группе. Это свидетельствует о том, что в. реакции
участвует преимущественно енолят (X):
сн3	сн3
I	I
СН3СН2С СН2 + С—СН2СН3 СН3СН,С—СН,—С—СНоСНз
не	и	II	।
0	0	о	он
X	З-метилгептанол-З-он-5
Такой результат, по-видимому, объясняется тем, что, во-первых,
для атаки енолятом (X) карбонильной группы метилэтилкетона
имеется меньше пространственных затруднений, чем для атаки
разветвленным енолятом (IX) и, во-вторых, тем, что енолят (X)
должен образовываться с большей легкостью, чем енолят (IX),
поскольку атомы водорода метильной группы более подвижны
(легче отщепляются в виде протонов), чем метиленовой, связан-
ной с электронодонорной группировкой — метильным радикалом.
Следует, однако, иметь в виду, что изменение условий прове-
дения конденсации несимметрично построенных кетонов далеко
не всегда позволяет направлять эту реакцию преимущественно по
одному из возможных путей (подробнее см. в разделе «Исполь-
зование альдольно-кротоновых конденсаций для препаративных
целей»).
Синтетические возможности конденсации альдольного или кро-
тонового типа можно было бы существенно расширить, если вво-
151
дить в реакцию разноименные карбонильные соединения. Однако
в общем случае такой прием не может быть использован, посколь-
ку при этом будут образовываться сложные трудноразделимые
•смеси. Так, например, при введении в альдольную конденсацию
смеси двух различных альдегидов должно получиться четыре ке-
тоноспирта — два продукта самоконденсации каждого из альде-
гидов и два продукта конденсации разноименных молекул:
RCH2CHO + R'CH2CHO -> RCH2CH—СН—сно +
ОН R
R'
R'
+ R' СН2СНСНСНО - RCH2CH—СНСНО Т- R' СН,СН—СН—СНО
Аналогичная картина,будет наблюдаться в случае смеси двух
симметрично построенных кетонов. Так,, например, из смеси цик-
лопентанона и циклогексанона при кротоновой конденсации с уча-
стием -двух молекул будет получено четыре а, 0-непредельных ке-
тона:
Использование смеси несимметрично построенных кетонов
должно привести к восьми продуктам конденсации. Однако в не-
которых случаях конденсация разноименных карбонильных сое-,
динений может иметь препаративное значение. Для этой цели
обычно используют смесь способных к енолизации кетонов или
альдегидов (см. уравнения (3) и (4)) с альдегидами, которые не
содержат водорода у а-углеродного атома и поэтому не могут
претерпевать подобное превращение. При этом первые выступают
как метиленовые, а вторые — как карбонильные компоненты.
В качестве последних чаще всего используют формальдегид и
ароматические альдегиды, особенно бензойный. Продукт самокон-
денсации способного к енолизации альдегида или кетона (XI)
152
образуется при этом, как правило, в незначительных количествах.,
поскольку формальдегид и ароматические альдегиды — значитель-
но более активные карбонильные компоненты’1, чем находящийся
в реакционной смеси неенолизованный источник метиленового*
компонента, например:
R
RCH2CCH2R -+ RCH2C CH
и	ц е } 2
о	о
R CH2R
rch2cchc—ch2r
II I
О ОН XI
1) (RCH2)2CO
2) Н2О
R
RCH,—С—СНСН2ОН
О XII
идет в незначительной
степени
главное направление
реакции
КАТАЛИЗАТОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ
АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ
В качестве конденсирующих агентов кислого характера при: •
проведении альдегидной и кротоновой конденсаций альдегидов и
кетонов чаще всего используются сухой хлористый водород (см.
с. 160, 174, 175, 176), серная кислота (см. с. 159, 163), серная
кислота в водном растворе металона (см. с. 161), катиониты (см.
с. 157, 161, 162), гидрохлориды аминов, являющихся слабыми
основаниями (см. с. 162), трет.-бутилат алюминия (см. с. 162).
Для тех же целей еще более широко применяются катализа-
торы основного характера — щелочи в водных4 (см. с. 156, 177),
водно-спиртовых (см. с. 156, 173, 174) или спиртовых (см. с. 157,
160, 165, 170) растворах, гидроокиси щелочноземельных металлов,
(см. с. 157, 166, 167), аниониты (см, с. 168), карбид кальция (см.
с. 158, поташ (см. с. 166, 167), спиртовые раствора алкоголятов
натрия (см. с. 170, 177, 181, 182), пиперидин (см. с. 176), N-маг-
нийброманилины *(см. с. 159, 160, 163, 172, 181), N-литийамины
• (см. с. 171).
Следует иметь в виду, что вариантов проведения альдольно-
кротоновой конденсации, а следовательно, и используемых при
этом катализаторов великое множество. Выше были перечислены
лишь наиболее часто употребляемые.
1 Определение сравнительной активности карбонильной группы приведено
ниже на примере сложных эфиров.
153
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬДОЛЬНО-КРОТОНОВЫХ
КОНДЕНСАЦИЙ ДЛЯ ПРЕПАРАТИВНЫХ
ЦЕЛЕЙ
Конденсации альдольно-кротонового типа чрезвычайно широко
используются в синтетической практике. С их помощью удается
получать не только молекулы со сравнительно простым углерод-
ным скелетом. В ряде случаев их применяют на решающих ста-
диях синтеза весьма сложных органических соединений — стероид-
ных гормонов, алкалоидов, витаминов, различных каркасных
структур. Соответствующие превращения будут рассмотрены
только на простейших примерах. Предполагается, что, познако-
мившись с приведенным материалом, учащийся сможет разобрать-
ся и в сложных случаях.
Реакции самоконденсации. Впервые альдольную конденсацию
осуществил в 1872 г. Вюрц на примере уксусного альдегида, ис-
пользовав в качестве конденсирующего агента разбавленную со-
ляную кислоту:
2СН3СНО-ДНдД ->• СН8СНСН2СНО
ДРlixjl	।
он
Однако в дальнейшем конденсацию простейших альдегидов обычно
проводили, применяя в качестве катализатора разбавленную ще-
лочь. Формальдегид в этих условиях дает смесь моноз состава
С6Н]20б (реакция Бутлерова1), т. е. претерпевает превращения,
которые не могут считаться альдольной конденсацией:
2СН2О&1-> HOCH2CHO	—>
->• НОСН2 СНСНО	НОСН2 (СНОСНО +
ОН	ОН
+ НОСН2 (СН)3ССН2ОН
I II
он о
Из ацетальдегида при этом образуется альдоль2. Однако послед-
ний не всегда удается выделить, так как он при взаимодействии
с непрореагировавшим ацетальдегидом дает циклический полу-
ацеталь (XIII а):
1 К настоящему времени из этой смеси выделено более 25 моноз в бУ-форме.
2 Образование альдоля из ацетальдегида под действием окиси магния пред-
полагается как одна из стадий синтеза дивинила (по Лебедеву) из этилового
спирта (см.: Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. Начала органической химии,
т. 1. М., «Химия», 1974, с. 269).
154
сн,—сно-
СН3СНСН2СНО + снзсно
он
СН3—сн	он
сн
сн3
он
сн,—сн
-+ сн3-сн 'о
\)—сн
XIII а
сн3
а при стоянии димеризуется по той же схеме:
СН2СНО
СН3СН
он
+ НССН2СНСН3^
- I
О он
СН2—СНО
СН3—СН	он
ХО—сн
сн,—снсн3
он
он
сн2—сн
->СН3—СН	^0
^о—oZ
СН,СНСН3
ОН
XIII б
Нагреванием полуацетали (ХШа) и (ХШб) можно снова переве-
сти в альдоль. При нагревании или в присутствии более концен-
трированного раствора щелочи альдоль выделить не удается. Он
претерпевает дегидратацию (механизм см. уравнение (11) и пре-
вращается в кротоновый альдегид:
155
2CHSCHO —гГЛ-*СНзСН=СНСНО.
— rigU
При применении более жестких условий (например, концентри-
рованных растворов щелочи или серной кислоты) уксусный аль-
дегид полимеризуется. Это объясняется тем, что продукты его са-
моконденсации (XIV—XVI приведенном ниже уравнении) бла-
годаря легкости передачи электронного влияния карбонила через
винильную группировку 1 могут давать активные метиленовые ком-
поненты — енолы и еноляты (механизм приведен выше) при кис-
лом и основном катализе, например;
СН3СН=СНСН =0
XIV
->[СН2—СН=СН—СН = О~СН2=СН—СН=СН—01
1) СНзСН=СНСНО; I 1) СНОСНО
2) - Н20____I 2) —Н.2О
I	I
СН3СН=СНСН=снсн =снсно СН3СН=снсн=снсно
XVI	XV
^Вследствие этого реакция не останавливается на стадии образо-
вания кротонового альдегида, а протекает в зависимости от усло-
вий реакции на большую или меньшую глубину, приводя к сое-
динениям общей формулы СН3 (СН = СН)ПСНО, которые при до-
статочно большом значении п можно считать полимерными.
Альдегиды, в молекуле которых содержится только один водо-
род у ct-углеродного атома, дают только продукты альдольной
конденсации, например:
СН8
2 (СН3)2 СНСНО	(СН3)2 СНСН—С—сно.
ОН СН3
Альдегиды с нормальной цепью углеродных атомов вплоть до
w-гексаналя конденсируются с образованием альдолей без особых
осложнений, если реакцию проводить в мягких условиях и при-
менять катализаторы основного характера.
Низшие альдегиды хорошо растворимы в воде, поэтому их кон-
денсацию проводят в разбавленных водных растворах щелочей.
Чтобы создать гомогенную среду, плохо растворимые в воде аль-
1 В связи с этим соответствующие соединения, например ацетальдегид и
кротоновый альдегид, называют винилогами.
156
дегиды с большим молекулярным весом конденсируют в водно-
спиртовых, а иногда и в спиртовых растворах.
Пропаналь и бутаналь дают альдоли с достаточно высокими выходами.
Высшие альдегиды конденсируются в более жестких условиях (при более вы-
сокой температуре или с использованием этилата натрия в качестве конденси-
рующего средства), превращаясь при этом в соответствующие а,р-непредельные
карбонильные соединения.
Конденсация алифатических альдегидов под действием сильно кислых катио-
нитов (амберлит ИР-120, дауЭкс-50) дает возможность получать альдоли из
пропионового, масляного и изомасляного альдегидов при комнатной темпера-
туре *. Ацетальдегид при этом в альдольную конденсацию ие вступает, а триме-
ризуется, давая паральдегид.
При нагревании с указанными катионитами альдегиды с нормальной цепью
углеродных атомов от пропаналя до эиантола включительно претерпевают кро-
тоновую конденсацию:
2RCH,CHO дау^0'501н+1 _> RCH2CH =с—сно
2	нагревание	.
R
R=CH3, С2НВ, н-С8Н7, н-С4Н8, н-С5Ни.
Из кетонов поведение в условиях альдольно-кротоновой кон-
денсации наиболее подробно изучено для ацетона. Установлено,
что при контакте его с гидроокисью бария происходит альдольная
конденсация и образуется диацетоновый спирт. Однако содержа-
ние последнего в реакционной смеси невелико (менее 10%). Оче-
видно, это объясняется тем, что в данном случае диацетоновый
•спирт под действием катализатора — гидрооксида бария — подвер-
гается ретроальдольному распаду (условия и механизм этого
процесса приведены выше; см. уравнение (10)), в результате чего
образуется" равновесная смесь гс низким содержанием диацетоно-
вого спирта:
2 (СН3)2СЛ7* BalOHh.
СН
СН
3\
;С—сн2—с—сн3
X	й	О
3 I	II
он	о
Для повышения выхода последнего его удаляют из сферы реакции.
Это достигается, когда конденсацию проводят в приборе Сокслета
(синтез подробно описан в известных руководствах к лаборатор-
ным работам по органической химии; см., например: Синтезы ор-
ганических препаратов, сб. I, пер. с англ. М.., ИЛ. 1949, с. 184 или
Препаративная органическая химия, под ред. В. Полачковой, пер.
с польск. М., «Химия», 1964, с. 607).
1 Рекомендуется применять катализатор в количестве 5% от веса взятого
в реакцию альдегида.
157
При применении в качестве катализатора более сильного ос-
нования — карбида кальция — образуется продукт кротоновой
конденсации ацетона — окись мезитила:
2 (СН3)2СО-——2-
сн3<
)С=СНССН3
сн/ II
о
окись мезитила
Как и в описанном выше случае, синтез проводится с применением прибора
Сокслета (подробнее см.: Агрономов А. Е, ШабаровЮ. С. Лаборатор-
ные работы в органическом практикуме. М., «Химия», 1974, с. 101). При этом
в качестве побочных продуктов образуются форой и изофорон:
СН-
)с=снссн3-уо=с
сн3/
О
/СНз [0H-j
хсн3—н2о'
СН
сн3—с^Хс-о -19-7/
।	। -н2о
Н3С сн
//
с
/I
НзС СНз
СН
СНз—С с=о
СНз СНз
форон
СН
СНз—С С—О~ и р.
I h	-
Н2С СН — [ОН-]
//
сн/снз
сн
СНз—с с—он
I i'
Н2С сн
СЩХСН3
сн
сн3-с с=о
I 1 I
н2с’ сн2
сн/снз
изофорон
Направление конденсации ацетона под действием агентов кис-
лого характера зависит от активности последних, но всегда про-
текает по кротоновому типу (см. уравнение (6)). Так, при дли-
тельном нагревании с катионитами сульфокислотного типа (нап-
дример, с дауэкс-50) ацетон дает окись мезитила с выходом более
158
80%. В то же время при обработке ацетона крепкой серной кис-
лотой образуется мезитилен:
H2SO4 
— ЗН2О~*
СН3
СН8
мезитилен
Для самоконденсации симметрично построенных гомологов
ацетона требуются, как правило, более жесткие условия. При этом
обычно получаются соответствующие а, p-непредельные кетоны.
Продукты альдольной конденсации — так называемые кетолы —
удается получать, применяя в качестве конденсирующего агента
N-магнийбром-М-метиланилин и проводя реакцию в смеси эфира
с бензолом (механизм конденсирующего действия этого катализа-
тора приведен ниже). Соответствующие кетолы получаются при
этом с удовлетворительными выходами (60% из пентанона-3 и
45% из гептанона-4):
2RCH2COCH2R
C6H5N (СНз) MgBr
(СгН5)2 О; CeHg
R
(RCH„)„ C—CH—C—CHoR
I	H
он	о
R=CH3; C;H5.
Диизопропил- и диизобутилкетоны в эту реакцию не вступают.
Незамещенные алициклические кетоны, которые также следует
отнести к симметрично построенным, превращаются в соответст-
вующие кетолы при обработке N-магнййброманилином в эфире,
например:
j---i CeH5NHMgBr
(СгН^О
II
О .
159
Каталитическое действие N-магнийброманилинов, очевидно,
объясняется тем, что они способствуют превращению кетона в ено-
лят:
“CgHjNHR
При этом, как видно, из приведенной выше схем'ы, остаток MgBr
действует как катализатор кислотного типа, координируясь с
кислородом карбонильной группы, а атом азота группировки
уС6Н5
—N'	облегчает снятие протона, подобно катализаторам ос-
XR
новного, характера.
При действии сильного основания — спиртового раствора ед-
кого кали — получается, как и следовало ожидать, продукт кро-
тоновой конденсации; при'этом частично используется протонная
подвижность водородных атомов у обоих а-углеродов циклопен-
танона (см. уравнение (И), а также получение форона):
Для конденсации алициклических кетонов можно применять также
катализаторы кислого характера.
С тем чтобы избежать скелетных перегруппировок, которые
могут претерпевать продукты конденсации кетонов при действии
агентов кислого характера в жестких условиях, в качестве ката-
лизатора применяют сухой хлороводород, что позволяет заместить
гидроксильную группу в первоначально образующемся кетоле на
хлор и сохранить без изменений углеродный скелет последнего.
В дальнейшем соответствующее непредельное соединение может
быть получено дегидрохлорированием приготовленного таким пу-
тем хлоркетона. Примером служат превращения циклогексанона:
160
Как видно из приведенного выше уравнения, дегидрохлорирова-
ние в зависимости от условий его проведения может привести как
к а, 0-, так и к 0, у-непредельному кетону. На примере циклогек-
санона было показано, что для конденсации алициклических ке-
тонов можно использовать катиониты (в Н+-форме). Единствен-
ным продуктом реакции в этом случае оказался соответствующий
0, у-непредельный кетон (выход около 50% );
Дауэкс-50 [Н+|; 70°
-Н2О
Конденсация в присутствии серной кислоты приводит, ка1- и
в случае ацетона, к производным бензола:
4
Каждый из арилалкилкетонов может давать в условиях аль-
дольно-кротоновой конденсации только один метиленовый компо-
нент (енол или енолят), например:
Аг—С=С
основание
’ - [НЧ
(Г
Аг—С—С’/
О н
г [НЧ
э-Аг—С=С
ОН
В соответствии с этим конденсация подобных кетонов, приводя-
щая к димерным продуктам, в каждом отдельном случае будет
давать карбонильные соединения с одинаковым углеродным ске-
летом.
Под действием агентов кислого характера алкиларилкетоны
конденсируются в довольно жестких условиях, давая соответст-
7'/г Зак. 74
161
вующие а, p-непредельные кетоны (дипноны). Примером может
служить синтез простейшего дипнона — 1,3-дифенилбутен-2-она-1:
СН3
2СвНвСОСН3	140°->ceH5GCH=C-C8H6
оП /о	[I
О
1,3-дафенилбутен-2-он-1
В качестве конденсирующего агента, как видно из приведенной
выше схемы, применяется алкоголят третичного спирта, который
не может вызывать восстановления карбонильной группы (см. вос-
становление кетонов по Меврвейну — Понндорфу — Верлею1).
Нагревание ацетофенона с солянокислым анилином приводит
к тримеризации и образованию 1,3,5-трифенилбензола по схеме,
аналогичной получению мезитилена из ацетона и додекагидротри-
фенилена из циклогексанона (см. выше) под действием серной
кислоты:
с6нв
с •	0)Нв
Z\	I
О СН3 CaHBNHa-HCl; 190°	\
Н3С О	50%	I ||
НВС6—С	С—свнв	нвс.-ч/-с6н5
\ /
осн8
1,3, 5-трифенилбензол
Однако тримеризация ацетофенона протекает при действии
менее активного кислотного катализатора (солянокислого анили-
на), чем в случае ацетона и циклогексанона (серная кислота).
Сравнительная легкость тримеризации ацетофенона подтверждает-
ся также тем обстоятельством, что 1,3,5-трифенилбензол образует-
ся в заметных количествах при получении дипнона из ацетофенона
с использованием катионитов:
СН3
с6н5сосн8 дау^5°Н-~-^ свнвсосн=СС6НВ +
(50%)
-г 1, 3, 5-трифенилбензол.
__________ (20%)
1 Механизм этой реакции подробно обсужден в учебниках и учебных посо-
биях по органической химии. См., например: Несмеянов А. Н., Несмея-
нов Н. А. Начала органической химии. М., «Химия», 1974, с. 125; Общий прак-
тикум по органической химии, пер. с нем. под ред. А. Н. Коста. М., «Мир»,
1964, с. 476; Юрьев Ю. К-, Левина Р. Я., Шабаров Ю. С. Практиче-
ские работы по органической химии, вып. IV. М., Изд-во Моск, ун-та, 1969,
с. 123.
162
Как и в описанных выше случаях, альдольную конденсацию
арилалкилкетонов можно провести, использовав в качестве кон-
денсирующего агента N-магнийбром-М-метиланилин:
ch2r
2C6H5COCH2R	СвН6СОСН—С—CeH5
||
R OH
Простейший из несимметричных алифатических кетонов — ме-
тилэтилкетон. В условиях самоконденсации он может давать или
два кетола или два а, 0-непредельных кетона, различающихся
строением углеродного скелета. При этом в зависимости от при-
меняемого катализатора реакцию можно направить по любому
из двух возможных путей:
СН3
основание
2СН3СОСН2СН3
СН3СН2ССН2СОСН2СН3
он
сн3
->сн3сн2с=ссосн3
сн3
Сказанное, однако, ие распространяется на высшие гомологи: при их само-
конденсации электрофильная атака карбонильной группы направляется преиму-
щественно на менее пространственно затрудненный а-углеродный атом независи-
мо от природы используемого катализатора:
основание ,т „ „ кислота
।--------- 2CHgCO (СН2)„ СНз---
I СНз
СНз(СА)„ССН2СО(СН2)„СНз-on-»- СНз(СН2/„
I	—Н2о
он
СНз
I
С--СН—СО(СН2)„СН3
Самокондеисация более сложно построенных несимметричных диалкилкето-
нов, у которых, пространственные затруднения у обоих а-углеродных атомов
приблизительно одинаковы, всегда протекает неоднозначно и редко применяется
в препаративных целях.
Самокондеисация дикетонов в зависимости от их строения может протекать
как внутри-, так и межмолекулярно. При этом обычно получаются пяти- или
шестичленные карбоциклические системы. Ниже приводятся соответствующие
примеры.
При нагревании гептандиона-2,6 с разбавленной серной кислотой нлн разбав-
ленным раствором едкого натра происходит внутримолекулярная конденсация
кротонового типа с образованием циклогексанового кольца. Это свидетельствует
о том, что в процессе реакции енольный фрагмент образуется за счет СН3СО-
группы (при енолизации — СН2СО-группы должно было бы образоваться про-
изводное циклобутана):
71/?
163
-н2о
о
метилвиклогексенон
Молекула а-дикетона—1-фенилпропандиона-1,2 — сочетает в себе фрагмен-
ты, которые одновременно могут выступать как карбонильный (>С=О-группа,
соседняя с фенильным радикалом) и метиленовый (СН3СО-группа, которая мо-
жет быть превращена в енол или енолят-аиион) компоненты. При обработке это-
го дикетона 1%-ным раствором щелочи происходит межмолекулярная конденса-
ция, приводящая к дифенил-п-бензохинону:
2[ОН~)
-2Н2О
Примерами самоконденсации дикетонов, приводящей к соединениям ряда
циклопентана, может служить циклизация 1,4-дибензоилбутана под действием
раствора едкого натра:
О
с-свн5
н2сХ
н2с
СН2—СН..С свн5
I!
+ [ОН-]
— Н2О
164
-Н2О
CHCOCeH5
сн2
свн5
О 9
С
/ Ч
н,с	с—сосвн5
|	I
Н2С----сн.
с*н5
НС снсосвн5
Н2С—сн2
Обращает иа себя внимание тот факт, что дегидратация первоначально об-
разовавшегося кетола привела не только к а,0-, но и к 0,у-неиасыщенному
карбонильному соединению. Аналогичное явление, которое можно рассматривать
как побочный процесс, наблюдается, как уже отмечалось, при получении про-
дукта кротоновой конденсации циклогексанона и в ряде других случаев.
Внутримолекулярная циклизация дикетоиов может также использоваться для
синтеза би- или трициклических систем, например:
NaOH
в СН3ОН'
п - CH.tCeH4SO3H
бицикло [2. 2.2]октанолоя
R-СНз, С2Н5, С6Н5.
Конденсации разноименных альдегидов и кетонов. Известно,
что в альдегидах частичный положительный заряд на карбональ-
ном углероде больше, чем в кетонах. Это объясняется тем, что
в последних он компенсируется двумя радикалами, связанными с
карбонильной группой, тогда как в альдегидах только одним (в
7
Зак. 74
165
подавляющем большинстве случаев эти радикалы обладают элбк-
тронодонорными свойствами). Помимо этого карбонильная группа
в альдегидах более доступна (менее экранирована), чем в кето-
нах. Этими причинами и объясняется в основном большая реак-
ционная способность карбонильной группы в альдегидах сравни-
тельно с кетонами и, следовательно, большая активность альде-
гидов как карбонильных компонентов в реакциях альдольно-кро-
тоновой конденсации. Это делает возможным . направленное
проведение конденсации альдегидов с кетонами или с другими
альдегидами, содержащими менее активную карбонильную группу,
поскольку, очевидно, что первые будут при этом выступать в ка-
честве карбонильных, а вторые — в качестве метиленовых компо-
нентов, и в результате чего будет образовываться преимуществен-
но один продукт конденсации. Особенно это относится к альдеги-
дам с достаточно активной карбонильной группой, неспособным
к самоконденсации по альдольному (а следовательно, и кротоно-
вому) типу. К таким альдегидам в первую очередь относится фор-
мальдегид.
Конденсации с участием формальдегида. Ре-
акция Манн их а. По активности в качестве карбонильного
компонента формальдегид существенно превосходит большинство
алифатических альдегидов и кетонов. Поэтому, естественно, что
при использовании в качестве катализаторов слабых оснований он
легко реагирует со взятым в реакцию альдегидом или кетоном
прежде, чем последний подвергнется самоконденсации. Получае-
мые таким образом монометилольные производные альдегидов и
кетонов вступают в реакцию с формальдегидом еще легче, чем
исходные карбонильные соединения, поэтому бывает трудно избе-
жать полного замещения - водородных атомов у а-углеродов (на-
зываемые обычно для краткости а-водородными атомами) на ме-
тилольные группы.
Простейшим примером подобной-реакции может служить по-
лучение триметилолацетальдегида, который образуется даже в том
случае, если использовать в качестве катализатора такое слабое
основание, как поташ и проводить реакцию при охлаждении:
ЗСН2О СН3СНО (СеН^О/НзО--^(Н0СН^3ССНО-
В присутствии более сильного основания (например, гидро-
окиси кальция) триметилолацетальдегид, в молекуле которого нет
а-водородных атомов, восстанавливается формальдегидом до пен-
таэритрита происходит перекрестная реакция Канниццаро (ме-
ханизм этого превращения см. в кн.: А. Н. Несмеянов и Не-
смеянова Н. А. Начала органической химии, т. II. М., «Химия»,
1974, с. 132; Общий практикум по органической химии, пер. с нем.
под ред. А. Н. Коста. М., «Мир», 1965, с. 479):
(НОСН2)3СНО + СН2О Са(0^ -> (ОНСН2)4 С + НСООН.
166
Аналогичным образом взаимодействуют с формальдегидом
ближайшие гомологи ацетальдегида — пропионовый, н-масляный
И н-валериановый альдегиды:
СН2ОН
RCH.CHO + 2СН2О-с,н^‘цо-> R-C^CHO^2^--
СН2ОН
-+RC(CH2OH)3.
Из альдегидов с разветвленной цепью углеродных атомов и
высших гомологов ацетальдегида в описанных выше условиях мо-
гут быть получены монометилольные производные, например:
СН3
СНзРсн—сно -±^НгО СНзс_сно
сн/	I
сн2он
СН2ОН
н-(^Н17СН2СНО-^^-^ н-С8Н17СНСНО
Продукты кротоновой конденсации формальдегида с ацеталь-
дегидом и его гомологами — акролеин и а-алкилакролеины — по-
лучают, пропуская смесь реагентов над щелочным силикагелем
при 275—300°:
R
СНаО + RCH2CHO^^-*.CHa=C-CHO Н2О.
Ни — оии
Эта реакция проводится в промышленных масштабах.
Циклические и ациклические кетоны также чрезвычайно легко
конденсируются с формальдегидом; при этом, как правило, проис-
ходит замещение на метилольные группы всех а-водородных ато-
мов, например:
6СН2О + СН3СОСН О ip 4СН2О 4-	| -	3	(НОСН2)зССОС (СН2ОН)3, о НОСН^/^/СНгОН разб. р-р	„	/\ 1ч Са(ОН)2 НОСН/| рсн.2он
7*
167
Возможность получать монометилольиые производные кетонов и к тому же
проводить реакцию селективно при наличии неравноценных а-водородиых атомов
была продемонстрирована на примере метилэтилкетона. Оказалось, что в прй-
сутствии анионитов в С1~-форме, промотированных 1%-иым раствором гидрок-
сида магния, замещению на метилольную группу подвергается только один из
а-водородных атомов метиленовой группы:
СН2ОН
СН3ССН2СН3 + СН2О ХпаиИ°“”1, ^СНзС-СН-СНз
।	АВ—17 [Сг] ||
О	О
90%
Алкиларилкетоны конденсируются с формальдегидом ие так легко, как рас-
смотренные выше карбонильные соединения. Так, оказалось, что ацетофеиои в
этой реакции дает моиометплольное производное, причем лучший выход состав-
ляет всего 25%; он достигается при использовании серной кислоты как конден-
сирующего агента:
С.НВСОСН3 -НСН2О H*S°4’ ^0:	7 ч^С«Н5СОСНгСНгОН.
25%
Конденсация алкиларилкетоиов с формальдегидом может быть с лучшим
выходом проведена в присутствии катионита (амберлит ИР-400):
С«Н5СОСН2СН3 4- СН2О _И-Р2400ДН+1; 40~45°_ CeHsCOCHCH2OH.
Интересно отметить, что та же реакция в присутствии поташа проходит всего
на 15—20%.
Как разновидность альдольно-кротоновой конденсации альде-
гидов и *кетонов с формальдегидом можно рассматривать реакцию
Манниха. Наиболее распространенный вариант последней состоит
в том, что смесь параформа, солянокислого диалкиламина и соот-
ветствующего альдегида или кетона нагревается в спирте, диок-
сане или в другом инертном в условиях реакции растворителе.
Растворение параформа свидетельствует об окончании реакции.
В начале соль амина диссоциирует при нагревании, например, в
диоксане:
r2nh2 + о
о+—н
Образовавшийся вторичный амин взаимодействует обычным
образом с формальдегидом, а полученный аминоспирт в кислой
среде дает катион — азотистый аналог формальдегида, в котором
положительный заряд делокализован между атомами азота и уг-
лерода:
Ф
ХОН 4-[н+],—Н2О
Н2С=О 4- HNR2 + Н2СУ	Z===± СН2—NR«
\NR„ +HtO,-[H+]
168
Последний представляет собой электрофильную частицу и играет
затем роль карбонильного компонента. Метиленовый компонент
образуется из введенного в реакцию карбонильного соединения.
Поскольку среда кислая (ее создает используемый в реакции со-
лянокислый амин-), это превращение можно представить так:
Последующая конденсация протекает по обычной схеме:
Как видно из приведенного выше уравнения, реакция Манниха
сопровождается введением в молекулу карбонильного соединения
аминометильной группы (—СНгЬЩг). поэтому ее часто называют
аминометилированием.
Необходимое условие гладкого протекания реакции Манниха:
амин (NHR2) должен превосходить образовавшийся метиленовый
компонент ^^С=С—J по нуклеофильной силе. В противном слу-
:	ОН
чае с формальдегидом будет реагировать последняя, а не амин, и,
следовательно, будет иметь место альдольно-кротоновая конденса-
ция (см. выше).
Сказанное подтверждается результатами аминометилирования
простейших алифатических альдегидов, которое часто сопровож-
дается введением метилольной группы (конденсация с формаль-
дегидом по альдольному типу):
CH2N (СН3)2
СН.СНО (С”3^,Нн—-> НОСН2—С—СНО
т UiiU	I
CH3N (СН8)2
СН2ОН
(СН3)2СНСН2СНО (CHj2^-C---> (СН3)2СН—С—СНО
-	-f СПоо	।
CH2N (СН3)2
Аминометилирование кетонов изучено более подробно. При
использовании эквимолекулярных количеств реагентов оно, как
169
правило, протекает без осложнений и соответствующие третичные
амины получаются с хорошими выходами. При этом на аминоме-
тильную группу заменяются, естественно, только а-водородные
атомы:
СН3СОСН3 CH3COCH2CH2NR2,
СН3СОСН2СН,СН3 СН3СОСНСН2СН3,
ch2nr2
СвН5СОСН3 ->• CeHgCOCH2CH2NR2,
ch2nr2
Конденсации разноименных алифатических альдеги-
дов. Конденсация двух различных алифатических альдегидов должна в общем
случае приводить к смеси четырех альдолей. Помимо этого реакция осложняется
образованием а,0-непредельных альдегидов, которые могут конденсироваться да-
лее с образованием полиеновых соединений и полимеров. Из ограниченного числа
изученных примеров следует, что конденсация обычно осуществляется в резуль-
тате атаки альдегида с меньшим числом заместителей у а-углеродного атома
(карбонильный компонент) на а-углерод альдегида, с большим числом «-заме-
стителей (правило Либена), например:
СН3
сн3сн2сно + (сн3)2 снсно^Д2^- СН3СН2СН—С—СНО
он сн3
Однако при более высоких температурах эта закономерность не соблюдается:
NaOH
СН3СН2СН2СНО + (СН3)2 СНСНО -goo—> (СН3)2 СНСН=С—СНО
CSH5
Конденсация алифатических альдегидов с кетонами.
Конденсация алифатических альдегидов с несимметричными кетонами, способны-
ми енолизоваться по обоим возможным направлениям, не нашла широкого при-
менения в синтетической органической химии.
Из кетоиов симметричного строения только ацетон и диэтилкетои проявляют
достаточную реакционную способность в условиях конденсации с алифатическими
альдегидами (в этом случае обычно используют катализатор — спиртовые рас-
творы едкого натра или кали, а также алкоголяты щелочных металлов):
R
R'CHO + RCH2CCH2R ->R'CH—cm—c—ch3r ->r'ch=c—c-ch2r
II	I	II	I II
О	ОН	О	.	RO
R'	алкил;	R = H или CH3.
170
4-Гептанон и высшие гомологи конденсируются с альдегидами с трудом, и
соответствующие производные образуются с низкими выходами. Однако подоб-
ные конденсации все же можно осуществить, если отдельно приготовить из ке-
тона енолят-анион и Ввести его в реакцию с активированным альдегидом, на-
пример:
1) RCH2CCH2R С1и‘а™и3ие Ra * RCH2C= CHR	RCH2C=CHR
О	OSi (CH3)3	OLi
«+	b-
2) R'CHO -i- MgBr2	R'CH-O.. ,MgBr2
(Lori-Jo
R
(з) rch2c=ch
-MgBf2
R
I
-> RCH2C—CH—CH—R'
II	I
О	О—Li
R
H2O	I
^Br->RCH2C-CH-CHR'
о OH
Альдольную конденсацию между альдегидами п кетонами можно проводить
региоселективно, т. е. только по одному из возможных направлений. Для этой
цели метилкетоиы действием литийдиизопропиламииа в тетрагндрофуране (ТГФ)
при —78° переводят в литиевый енолят. Последний неустойчив, поэтому его сразу
же после приготовления вводят в реакцию с соответствующим альдегидом:
IP 4731 1Ч>9 14X^1	_ _	- * f
н-СзН7ССН3 ТГФ;_78о. 15мин >'н-СяН,С=СН2 9) СН3СООН + Н2О *
О	О—Li +
h-C3H7CCH2CHR
II I
о он
R = н-С3Н7 (65%), С6Н4 (75 - 80%).
Аналогично можно получать и непредельные альдоли:
('-С3Н7)2 NLi
СН3СН=СНССН3 тг^ 278°; 15^ин^ СН3СН =СНС=СН2
О	O-Li
1)СН3СН=СНСНО
2) СН3СООН + Н2О
> СН3СН=СНССН2СНСН=^ СНСНз
II I
о он
(75%)
Гомологи ацетофенона, но не сам
ческими альдегидами с образованием
ацетофенон, гладко реагируют с алифати-
соответствующих альдолей при использо-
171
ваиии Ы-метил-Ы-магнийброманилина (см. выше) в качестве конденсирующего
агента (ацетофенон при этом претерпевает самокоиденсацию):
C.H5COCH2R + R'CHO — 6S(gMMgBr--> C.H6COCHCHR’
(« Г П)	I I
R ОН
Выходы соответствующих кетолов составляют: из изомасляного альдегида и
пропиофенона — 83%, из н-капроиового альдегида и ^алерофенона — 50%.
Синтез Д-беизоилакриловой кислоты показывает, что альдольно-кротоновые
конденсации могут использоваться для синтеза соединений более сложного
строения, чем альдоли (или кетоны) и а,р-иепредельиые карбонильные соеди-
нения:
СвН5СОСН3 + НССС13	C,H5COCH2CHCC1S
II	I
о	L он
[НзОЧ ,
-»-с«н6сосн=снсоон.
р-беизоилакриловая кислота
Конденсации с участием ароматических аль-
дегидов. Бензоиновая конденсация. Ароматические
альдегиды, подобно формальдегиду, не имеют а-водородных ато-
мов и поэтому неспособны вступать в самокоиденсацию альдоль-
но-кротонового типа. Если учесть, что карбонильная группа в аро-
матических альдегидах, как правило, активнее, чем в алифатиче-
ских (за исключением формальдегида), то становится понятным,
что конденсации их с другими карбонильными соединениями
должны протекать достаточно однозначно и с высокими выходами.
Однако при выборе катализатора для проведения конденсации
альдегидов или кетонов — потенциальных метиленовых компо-
нентов — с ароматическими альдегидами следует иметь в виду,
что последние при действии крепких водных растворов щелочей
или спиртовых их растворов превращаются в соответствующие
бензиловые спирты и соли арилкарбоновых кислот — претерпе-
вают реакцию Канниццаро (см.: Несмеянов А. Н., Несмея-
нов Н. А. Начала органической химии, т. II. М., «Химия», 1974,
с. 132). При подходящем выборе катализатора конденсации кар-
бонильных соединений, особенно кетонов, с ароматическими аль-
дегидами идут без осложнений. Реакции этого типа находят весь-
ма широкое применение в синтетической практике.
При конденсации ароматических альдегидов с алифатическими
образуется коричный альдегид или его гомологи. В качестве
катализатора чаще всего используют очень разбавленные водные
растворы щелочи с добавлением спирта (для того чтобы реакция
шла в гомогенном растворе). Электроноакцепторные группы в
ароматическом кольце альдегида ускоряют реакцию, а электроно-
донорные — замедляют ее. С увеличением объема алкильной
172
группы (R) в алифатическом альдегиде выходы продуктов кон-
денсации паДают:
ArCHO+ RCH2CHO -[-°ъ АгСН=С—СНО
— ri2V	।
R
Выходы коричных альдегидов чаще всего невысоки. Так, сам
коричный альдегид (Ar=CeH5; R = H) получается таким путем е
выходом около 30%. Получение винилогов 1 коричного альдегида
представляет еще большие трудности
свнБсно+ сн3сн=снсно разб~ NaOH
10 —~
свнБсн=снсн=снсно.
Конденсации симметричных диалкилкетонов, а также цикло-
пентанона и циклогексанона с ароматическими альдегидами обыч-
но протекают по кротоновому «типу под действием разбавленных
водно-спиртовых растворов щелочей при комнатной температуре.
Если при этом берут 3 моля кетона на 1 моль ароматического аль-
дегида, то получают соответствующее монобензилиденовое произ-
водное2:
с,нБсно+
О О
п-СН3ОС.Н4СНО + СН3СОСН3-^п-СН3ОС4Н4СН=СНСОСН3.
Выходы продуктов конденсации составляют от 50 до 80%.
При использовании двух молей альдегида на моль кетона
дибензилиденовые производные получаются в тех же условиях
с еще более высокими выходами:
1 Определение понятия «вииилогия и винйлог» см. в ки.: Несмеянов А. Н.
и Несмеянов Н. А. Начала органической химии, т. I. М.. «Химия», 1974,.
с. 312.
2 Есть сведения, что при кислотном катализе алициклические кетоиы дают
Р,у-иепредельиые соединения:
СеН5СНО+ /	>	^-СН2СвН6
О ,	О
173
2CeH5CHO j- СН3СОСН3^—^CeH5CH=CHCOCH = CHC6H5,
Уч 7о
Особенно хорошие результаты дает конденсация ароматических
альдегидов с кетонами, способными енолизоваться только в одном
направлений. Из пинаколина, например, бензилиденовое производ-
ное получается с выходом более 90%:
(СН3)3ССОСН3+СвН5СНО
разб. водно-спирт. р-р
NaOH
-> (СН3)3 ссосн=снсвн5.
Арилалкилкетоны легко конденсируются с ароматическими
альдегидами в условиях основного и кислотного катализа. Так
могут быть получены а, 0-непредельные кетоны (халконы) самого
различного строения. При основном катализе используют разбав-
ленные водно-спиртовые растворы щелочей, а при кислотном —
действуют смесью серной и уксусной кислот или сначала пропус-
кают в реакционную смесь сухой хлороводород, а затем осущест-
вляют дегидрохлорирование действием щелочи или нагреванием:
ArCOCH2R 4- НСАг' -> АгСОС=СНАг'
В некоторых случаях при применении кислотного катализа
реакцию лучше проводить в две стадии:
С.Н-СОСН,СвН5 + СвН5СНО -75^
1 и /О
С.н5
> СвН5СОСН-СНСвН6
I -
С1
KOH/CgHsOH
с.н5
I
свн5сос-снсвн.
75%
174
Было замечено, что при наличии в ароматических ядрах реагирующих ве-
ществ электроноакцепторных заместителей реакция идет быстрее и с большими
выходами, чем при наличии электронодонориых:
n-NO2C(|H4CHO + СНзСОСвН5
НгБО^/СНзСООН; 25°
99%
>
-> n-NO2CeH4CH=СНСОСвН6.
Если в качестве последних выступают амино- и оксигруппы, то во избежа-
ние побочных реакций требуется их защита (обычно введение ацильных групп).
В некоторых случаях эти побочные реакции могут быть использованы в препа-
ративных целях. Примером может служить синтез простейшей пириллиевой соли:
Циклические аналоги арилалкилкетоно^-ведут
ции подобно ацетофенону и его гомологам:
себя в рассматриваемой реак-
Л-1И2
Интересно отметить, что из о-нитробензальдегида и различных ацетофенонов
был получен ряд кетолов; при этом в качестве катализатора применялся водно-
спиртовой раствор фосфата натрия:
o-NO2CeH4CHO + СНзСОАг	o-Na2(^H4CHCH2COAr.
ОН
Конденсация ароматических альдегидов с несимметричными кетопамп, спо-
собными енолизоваться по обоим возможным направлениям, изучена более или
менее подробно лишь для метилкетонов, особенно для метилэтилкетона. Ранее
были рассмотрены причины, позволяющие проводить конденсации как по метиль-
ной, так и по метиленовой группе последнего. При взаимодействии метилэтил-
кётона с ароматическими альдегидами наблюдаются те же закономерности, т: е.
при кислотном катализе реакция идет по метиленовой группе, а при катализе
основаниями — по метильной:
СН8
ХСвН4СНО + СН3СОСНгСН3—
кислота ___	I _____
90_gg о/ *’ ХСвН4СН=С—СОСН3
основание ,,	„ ,
95^990,;-^ХСзН,СИ СНСОСН2СНз
175
Одиако для метилалкилкетоиов с большим молекулярным весом столь' высокая
селективность уже не соблюдается:
С.Н.СНО + СНзСОСН2СН2СН2СН2СНз ^„Х^ние >]
XI rial рСоаПИС
Я-С4Н2
I
-> СНзСОС=СНС«Н5 + с,н5сн=снсос5н11
91%	9%
Метилкетоны разветвленного строения при конденсации с ароматическими
альдегидами обычно реагируют по метильной группе иезавнсимо от условий кон-
денсации:
АгСНО + СН3СО—CHR -> АгСН=СНСО—CHR
R'	А'
Несимметричные циклические .кетоны вступают в конденсацию по незамещен-
ной метиленовой группе:
Следует отметить, что конденсация под действием хлористого водорода при-
водит ие к а,Р-, а к Р,у-непредельному кетону:
С,Н5СНО + /	\-СНз 2! наЕктигГе-^ С«Н5СНа-^	>-СНз
X	/	Hal рСоаЦЦС	\	/
Кетоиы с повышенной протонной подвижностью a-водородных атомов (и,
следовательно, особенно легко дающие еноляты) конденсируются с ароматиче-
скими альдегидами при катализе пиперидином. Так, в метилбеизилкетоне такой
подвижностью обладают атомы водорода метиленовой группы, связанной одно-
временно с карбонильной группой и фенильным радикалом:
СОСНз
С«Н5СН2СОСН3 + НС-СвН4Х „пипеРиДии.  C,HsC=CH-CeH4X
II
о
Х=Н и л-NOj
В качестве примера использования рассматриваемой реакции для решения
сложных синтетических задач можно- привести конденсации фталевого альдегида
с некоторыми кетонами, позволившие получить ряд труднодоступных циклических
систем — 2,7-дизамещеиные 4,5-бензотропоны:
176
асно
сно
C2H,ONa
R = алкид или арил
а также трициклические циклогептатриеионы:
Бензоиновая конденсация — особый вид конденсации, прису-
щий некоторым ароматическим альдегидам. Электрофильной ча-
стицей в этом случае является сам альдегид, а нуклеофильная
частица (Б) возникает в результате его взаимодействия с цианид-
ионом:	•	„_ .
О	О-	ОН
II	I	I
CeH6-C + CN" СвН5-СН СаН5-С-
Н	CN	CN
А	Б
Возможность образования такой нуклеофильной частицы, т. е.
возможность перехода протона от углерода к кислороду (при этом
А переходит в Б), обусловлена тем, что отрицательный заряд в
ней существенно делокализирован за счет участия бензольного
кольца и нитрильной группы
Б
Взаимодействие частицы Б с исходном альдегидом приводит в
случае бензальдегида к соединению, называемому бензоином,
поэтому подобные реакции получили название бензоиновой кон-
денсации. В процессе реакции нуклеофильная частица реагирует
с карбонильной группой местом с наибольшей нуклеофильной
силой, как и енолят-анион:
177
он
о
о- о
с6н5с< + -с—с6н5 —*- С6Н5—С—С—С6Н5—
Н CN	Н CN
Б
с6н,—с—с—С6Н
i Й
он о
I II
С6Н5—С—,с—С6Н5
н
Решающее влияние ароматического кольца на образование
нуклеофильной частицы Б подтверждается тем обстоятельством,
что для неароматических альдегидов, также не имеющих а-водо-
родных атомов, эта реакция нехарактерна (невыгоден переход
О'	ОН
R—СН	->R—С	, так как R в данном случае не уча-
CN	CN
ствует в делокализации заряда). Так, например, триметилуксус-
ный альдегид при обработке цианистым калием дает обычный
циангидрин:
сн3
СНз-С-СНоЛ*™-
СН3
СН3 CN
СН3—С—СН
сн3\>н
В подобную самоконденсацию не вступают, например, ароматиче-
ские альдегиды, содержащие в ароматическом кольце сильные
электроноакцепторные или электронодонорные группы (галогены,
нитрогруппа, диметиламйногруппа, гидроксил). Этот факт под-
тверждает приведенный выше механизм реакции. Действительно,
электроноакцепторные группы должны препятствовать реакции,
так как резко^снижают нуклеофильную активность частицы Б, а
электронодонорные — препятствуют реакции, снижая электро-
фильную активность карбонильной группы в исходном альдегиде
как по отношению к цианид-аниону (на первой стадии реакции),
так и по отношению к аниону Б (на стадии конденсации).
В то же время из ряда альдегидов соответствующие бензоины
получены с достаточно высокими выходами, например бензальде-
гид (90%), н-метоксибензальдегид (60%), фурфурол (40%)', хино-
лин-2-альдегид (65%), п-фенилбензальдегид (95%).
178
Бензоиновая конденсация применяется значительно чаще для получения не-
симметричных бензоинов. Можно было бы думать, что конденсация двух раз-
личных альдегидов дает смесь двух симметричных и двух несимметричных бен-
зоинов. Одиако обычно образуется только один несимметричный бензоин. Второй
несимметричный бензоин можёт быть получен только в том случае, когда актив-
ность карбонильной группы (ее электрофильность) в обоих альдегидах прибли-
зительно одинакова. При этом следует иметь в виду, что конденсация легко
проходит для смеси тех альдегидов, из которых симметричные бензоины или не
получаются, или получаются лишь с низкими выходами.
В соответствии с рассмотренным выше механизмом реакции в превращении
будет участвовать нуклеофильная частица, образовавшаяся из альдегида, содер-
жащего более электронодонорный ароматический радикал, а в качестве элек-
трофила будет выступать альдегид с более активной карбонильной группой
(т. е. содержащий меиее электронодонорный радикал). Например, взаимодейст-
вие смеси о-хлорбензальдегида и анисового альдегида с цианид-ионом можно-
представить следующим образом:
Из всех частиц, содержащихся в реакционной смеси, в реакцию будут всту-
пать с наибольшей скоростью наиболее нуклеофильная частица (В) и о-хлорбен-
зальдегид, имеющий более активную карбонильную группу (благодаря электро-
ноакцепторному влиянию хлора):
В соответствии с приведенной схемой в образовавшемся бензоине карбонильная
группа должна находиться у ароматического радикала, содержащего электроно-
донорный заместитель. Опытные данные обычно подтверждают этот вывод. Так,
в приведенном выше примере выход несимметричного бензоина составил 66% .
Имеются и другие примеры:
о-С1- С8Н4СНО + n-(CHa)2NCeH4CHO
О
-> o-ClCeH4CHCCeH4N (СНа)2-л
ОН
179
о
CeH5CHO + n-CHsOC,H4CHO-&-^CeH6CHCCeH4OCHs-n
он
«Однако в ряде случаев подобная закономерность не соблюдается. Чаще всего
это связано с пространственными факторами (наличие о-заместителей, объем аро-
матического радикала). Существенное влияние пространственных факторов на
течение бензоиновой конденсации подтверждается на примере а- и р-иафтальде-
гидов; первый из них, более затрудненный простраиствеино, дает соответствую-
щий бензоин с выходом всего 13%, тогда как второй — с выходом 70%:
[CN-]
Конденсация разноименных кетонов. Эта реакция редко ис-
пользуется в синтетических целях, поскольку протекает неоднозначно и с невы-
сокими выходами. Чаще всего в реакцию вводился ацетон. При конденсации его
с рядом кетонов были получены следующие результаты 1 (приводятся только те
реакции, в которых авторами указаны выходы):
СН3СОСН3
води, р-р
NaOH
+ (СН3)2СО
CH3ONa
1 В большинстве случаев выходы продуктов реакции ацетона с кетонами
не указываются, хотя отмечается, что реакция идет по нескольким направлениям.
180
(сн3)2со
CaHsONa
ch2cqch3
(17%)
Из кетонов, неспособных к самоконденсацин, чаще других вводились в реакцию
с иными кетонами бензофенон и дибензоил:
(сн3)3сссн, + (С6Н;)2СО
о -
СН,
I
C„H,NMgBr
сн,
I
C(iH.-,NMgBr
сн<
C,,H;NMgBr
Применение дибензоила позволило получить с высоким
более, активных диенов — тетрафенилциклопентадиенон
лон):
выходом один из иап-
(так называемый цик-
с=о
КОН/С2Н5ОН; 80'
Свн6
95 %
а также ряд фенилироваиных кетонов
циклического и нециклического строения:
с=о
КОН
R=H(60%), СН3(88%),
181
CeH6COCOCeH6 +
кон
80%
Свн5
С8Н5СОС—
I
он
СвН5СОСОСвН5 + CH3COCeH5--^Na CeH8COC=CHCOCeH6
°V /о	|
Свн5
Таким образом, конденсации альдольно-кротонового типа мо-
гут служить методом построения молекул с углеродным скелетом
заданного строения (прямоцепочечным, разветвленным, цикличе-
ским, би- и полициклическим). Помимо этого широкие синтетиче-
ские возможности представляют преобразования имеющихся в
продуктах конденсации карбонильной и оксигрупп, а также двой-
ной связи или группировок, вносимых карбонильным или метиле-
новым компонентом. Так, например, восстановлением альдолей
могут быть получены 1,3-диолы, а из них — сопряженные диены;
восстановлением а,0-непредельных соединений — продуктов крото-
новой конденсации — могут быть получены соответствующие пре-
дельные альдегиды или кетоны, а также спирты. Конденсации с
участием альдегидов и кетонов представляют значительный инте-
рес для синтетической органической химии.
ГЛАВА II
Конденсации
сложных эфиров
Реакционная способность сложных эфиров карбоновых кислот,
так же как и реакционная способность альдегидов и кетонов (см.
предыдущий раздел), во многом определяется состоянием карбо-
нильной группы, т. е. величиной частичного положительного заря-
да на карбонильном атоме углерода. Сравнение свойств альдеги-
дов и кетонов, с одной стороны, и сложных эфиров карбоновых
кислот, с другой — показывает, что в последних карбонильная
группа значительно менее реакционноспособна. Примерами могут
служить устойчивость сложных эфиров в' условиях циангидрин-
ного синтеза, неспособность их к образованию ортоэфиров под
действием реагентов, превращающих альдегиды и кетоны соответ-
ственно в ацетали и кетали и многие другие особенности их хими-
ческого поведения. Следовательно, если сравнивать альдегиды,
182
кетоны и сложные эфиры, отличающиеся друг от друга одним
только Заместителем при группе R—€—, то приходится признать,
II
О
что по электронодонорному влиянию на соседний карбонил груп-
пировка OR (мезомерный эффект) превосходит углеводородные
радикалы (индуктивный эффект) и атом водорода. По убывающей
активности карбонильной группы указанные соединения распола-
гаются в следующий ряд:
R-C
Тем не менее в сложных эфирах карбоновых кислот карбониль-
ная группа сохраняет те же особенности, что и в альдегидах и
кетонах: углерод в ней обладает электрофильными свойствами (это
подтверждается тем, что сложные эфиры способны выступать в
качестве ацилирующих агентов в реакциях с аминами, гидрази-
ном и другими сильными нуклеофилами), а кислородосновными
(кислотный катализ при гидролизе сложных эфиров и при пере-
этерификации). Однако карбонильная группа в сложных эфирах
.реагирует с нуклеофилами не так, как в альдегидах и кетонах. Как
уже отмечалось, для последних характерно присоединение по двой-
ной углерод-кислородной связи, сопровождающееся исчезновением
карбонильной группы, например:
R	R	R
R—С—R' -к H,NR2^ >С—NH.,R=^- >С—NHR-^- ^>C=NR2
О	, R' о~ R он R
Д	Д'
R = H, алкил или арил.
В то же время для первых характерно замещение алкоксильной
группы с сохранением карбонила. Например:
OR> Н
R—C—OR'+ H,NR2—R— С---+NHR2—RC —NHR2 + R'OH.
& £ &
Е
Такое различие объясняется тем, что образующиеся первоначально
продукты раскрытия '/С=О связи (Д и Е) стабилизуются по-
183
разному. Частица Д для стабилизации имеет две возможности:
переход в оксиформу Д' или распад на исходные соединения; тре-
тий'возможный путь— уход R или R' в виде анионов и регенера-
ция карбонильной группы — реализоваться не может, так как обра-
зование карбанинов или гидрид-иона (R=H) потребует слишком
большой затраты энергии. В случае же сложных эфиров промежу-
точно образовавшаяся частица Е как раз и стабилизуется по это-
му последнему пути, поскольку уход алкокси-аниона не связан с
преодолением значительного энергетического барьера. Таким обра-
зом, сложные эфиры отличаются от альдегидов и кетонов не толь-
ко меньшей активностью карбонильной группы, но и характером
ее взаимодействия с нуклеофилами.
МЕХАНИЗМ СЛОЖНОЭФИРНОЙ КОНДЕНСАЦИИ.
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ КАТАЛИЗАТОРОВ
И СТРОЕНИЯ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ НА ЕЕ ТЕЧЕНИЕ
Как следует из материала, приведенного в разделе, посвящен-
ном рассмотрению альдольно-кротоновых конденсаций, конденса-
ция карбонильных соединений может катализироваться кислотами
и основаниями. Рассмотрим возможность применения, такого ка-
тализа для конденсации сложных эфиров.
Кислотный катализ, в частности катализ протонными кислота-
ми, приводил в случае альдегидов и кетонов к образованию сла-
бого нуклеофила-енола (метиленовый компонент) и к усилению
электрофильных свойств исходного альдегида или кетона (акти-
вация карбонильного компонента).
Из сравнения способности к енолизации ацетилацетона и ма-
лонового эфира следует, что карбонильная группа в кетонах1 спо-
собствует енолизации, а в составе сложных эфиров она подобного
влияния не оказывает (в идентичных условиях ацетилацетон ено-
лизован более чем на 90%, а малоновый эфир не енолизован сов-
сем) :
СН3СОСН2СОСН3 —СН,С=СНССН,
I II
он о
(90%)
С2Н5ОССН2СОС2Н5 X — С2Н5ОС=СНСОС2Н5
Д Д	I	II
о о	он о
 1 Так же как в альдегидах (формилацетон, например, енолизован практиче-
ческп полностью).
184
Приведенные выше данные позволяют объяснить неэффектив-
ность применения кислотного катализа 1 для конденсации сложных
эфиров. В качестве возможных причин могут быть названы или
неспособность сложных эфиров к образованию енолов, или недо-
статочная для взаимодействия со слабыми нуклеофилами (каким
явился бы енол в случае его образования) активность сложно-
эфирной карбонильной группы.
Рассматривая конденсации альдегидов и кетонов, мы отмечали,
что дефицит электронной плотности на карбонильном углероде не
только обусловливает способность карбонильных соединений взаи-
модействовать с нуклеофилами, но и приводит к появлению про-
тонной подвижности а-водородного атома. Несмотря на то, что
карбонильный углерод в сложных эфирах обладает меньшей элек-
трофильностью, чем в альдегидах и кетонах (см. выше), и, сле-
довательно, оказывает меньшее активирующее влияние на а-водо-
родный атом, последний все же может отщепляться в виде протона
под действием достаточно сильных оснований; при этом происходит
образование енолят-аниона, подобно тому, как это имело место в
случае альдегидов и кетонов:
О	О
Z _ RH
RCH2-C В 4-^^.R-CH^C
\	'	+[Н+]	\
OR'	OR'
Генерированный таким путем енолят-анион оказывается доста-
точно активным нуклеофилом и реагирует с находящимся в реак-
ционной смеси неенолизованным сложным эфиром с образованием
новой углерод-углеродной (а не углерод-кислородной) связи.
Реакция заканчивается уходом алкоксильной группы, т. е. приво-
дит к образованию продукта замещения, а не присоединения, как
в случае альдольной конденсации:
OR'
I
R
I
RCHjCCH
СН=С —OR'
сн
..RCH,—С^'^С—ОК' + R'OH (13)
В 0 il
о о
При выборе основания — катализатора конденсации — нельзя
забывать, что оно может проявлять и нуклеофильные свойства.
1 Следует отметить, что расщепление сложного эфира исключается при при-
менении в качестве катализатора сухого хлороводорода или безводной сульфо-
кислоты и в отсутствие посторонних нуклеофилов.
8 Зак. 74
t85
В связи с этим для катализа альдольно-кротоновых, а также слож-
ноэфирных конденсаций непригодны, например, аммиак, а также
первичные и вторичные амины, необратимо уводящие карбониль-
ное соединение из сферы реакции.
Нуклеофильная активность гидроксил-аниона не препятствует
проведению альдольно-кротоновых конденсаций *. Это объясняется
тем, что равновесие в реакции гидроксил-аниона с кетонами или
альдегидами сильно сдвинуто влево, и в то же время в результате
конденсации последние необратимо удаляются из реакционной
смеси:
rch2cr' + он~ * *
о
, rch2cor'
rch=cr -----i—*-
о-
с?н
-- RCH2C—R'
£
, т г
R ССН—С—CH2R
пли R'c — C=CCH,R
II
О
Как было отмечено, сложные эфиры в реакциях с нуклеофила-
ми могут выступать в качестве ацилирующих агентов, претерпевая
нуклеофильное замещение OR-группы. При взаимодействии с ще-
лочами этот процесс (гидролиз) необратим, поскольку конечными
продуктами реакции являются соли карбоновых кислот, анионы
которых устойчивы к нуклеофильной атаке:
rch2g
4OR'
NaOH + H^O RCHsjC^
Хон
..NaOH
RCH,C<f°
xONa+-|-H2O
Следовательно, для катализа конденсации сложных эфиров нельзя
применять не только аммиак и амины, но и водные растворы щё-
лочей.
, В качестве катализаторов сложноэфирной конденсации часто
используются алкоголяты спиртов. Алкокси-анион является, как
1 Как указывалось в предыдущем разделе, использование для этой цели
концентрированных растворов щелочей может приводить к полимеризации; аль-
дегиды, не содержащие а-водородиых атомов, претерпевают в этих условиях
реакцию Канниццаро.
184
правило, более сильным основанием, чем анион гидроксила, по-
скольку более прочно связывает протон (спирты обычно менее дис-
социированы, чем вода). Кроме того, применение в качестве кон-
денсирующего агента алкоголята того же спирта, эфир которого
вводится в конденсацию, позволяет избежать осложнений, связан-
ных с нуклеофильной .активностью алкокси-аниона, поскольку в
результате нуклеофильного замещения будет образовываться тот
же сложный эфир
ONa+	О
RCH„Cf 4- R'O~Na+ RCH2C—OR' RCH,C 4- R'ONa
‘ XOR'	\	' \
OR'	OR'
Следовательно, в этом случае будут проявляться только основные
свойства алкокси-аниона.
Если сила основности последнего достаточна 1 2 *, из сложного
эфира будет получаться енолят-анион, и реакция далее пойдет как
сложноэфирная конденсация (см. уравнение (13)). В целом, всю
схему превращения можно в этом случае представить следующим
образом:
___е___
RCH2C< 4- R'O RCH—C—О 4- R'OH,
XOR'	J
OR'
RCH— С—О -f- RCH2COOR'RCH2 C— CH COOR'^2r
OR'	O)R'	ж
R
OR	C
> RCH2C CHCOR'-<-===-> RCH2CZG4C—OR' +
+ R'O“	И	J':
0	o 0
3
1 Алкоголяты натрия могут давать и продукты присоединения по карбониль-
ной группе сложного эфира. Однако эта реакция обратима (см. приведенное ни-
же уравнение).
2 Примером, подтверждающим необходийость применять анион с достаточ-
ной силой основности, является неудачная попытка ввести в сложноэфнрную
конденсацию феннлацетат, действуя на него фенолятом натрия (фенол, как извест-
но,' обладает кислыми свойствами и, следовательно, фенолят-анион — слабое
основание).
8*
187
О R
4- R'OH _RCH2C CHCOR'
о
Отщепление молекулы спирта от аниона Ж можно представить
и как одностадийный процесс:
R
R'O Н О	С
I I	Z4
RCH2C—С С	RCH2C й С—OR' + R'OH.
I I \	Н У
0“ R OR'	0 0
3
В обоих случаях это превращение связано с элиминированием
а-водорода и образованием аниона 3, отрицательный заряд в ко-
тором в значительной степени делокализован. При подкислении
реакционной смеси анион 3 переходит в эфир р-кетонокислоты.
Как видно из приведенных выше уравнений, все стадии сложно-
эфирной конденсации обратимы. Образующийся на первом этапе
Q
реакции енолят сложного эфира (RCH—С—О)	обычно превос-
OR'
ходит катализатор — алкокси-ион — по силе основности и поэтому
присутствует в разновесной смеси в незначительных количествах ’.
Тем не менее последующие стадии конденсации — нуклеофильная
атака енолят-анионом карбонильной группы сложного эфира и об-
разование аниона 3 — все же осуществляются. По-видимому, это
объясняется тем, что последний представляет собой сопряженную
систему с делокализованным в значительной степени отрицатель-
ным зарядом, энергия которой сравнительно мала.
Обычно сложные эфиры получают этерификацией из соответ-
ствующих карбоновых кислот и спиртов. В связи с этим они, как
правило, содержат последние в качестве примеси. При обработке
такого сложного эфира металлическим натрием образуется алко-
голят в небольших, но достаточных для катализа конденсации ко-
личествах, и происходит обычная' реакция — образование эфира
р-кетонокислоты. Поэтому металлический натрий часто употреб-
1 Именно по этой причине на данной стадии реакции полезно брать не менее
чем эквимолеклярное количество енолята и отгонять нз реакционной смеси об-
разовавшийся спирт, увеличивая таким образом концентрацию указанного ено-
лят-аниона к реакционной смеси.
188
ляют в качестве катализатора сложноэфирной конденсации!.
В процессе реакции выделяется спирт, и она заканчивается обра-
зованием енолята эфира р-кетонокислоты (см. образование ено-
лята 3 в предыдущем уравнении). Поэтому требуется использо-
вать не менее чем эквимолекулярное количество металлического
натрия.
В случае необходимости, что зависит главным образом от строе-
ния исходного сложного эфира (см. ниже), в качестве катализато-
ров сложноэфирной конденсации можно использовать и более силь-
ные основания. Из них наиболее часто применяются амиды натрия
или калия, трифенилметилнатрий, мезитилмагнийбромид.
Указанные конденсирующие средства следует применять в эк-
вимолекулярном соотношении, поскольку вследствие своей исклю-
чительно сильной основности они нацело переходят в соответствую-
щие «протонированные» формы (R—Н — любое соединение, в кото-
ром атом водорода обладает протонной подвижностью):
R—Н + Na+NHr-> RNa+ 4- NH3],
R—Н + Na+C(CeHB)3’-> RNa+ + (CeH3)3CH,
R-H + 2, 4, 6-(CHs)sCeH3MgBr^.RMgBr+ 1, 3, 5-(CH3)sCeHs.
Важно отметить, что перечисленные выше основания в ряде
случаев проявляют и нукледфильные свойства. Так, например, при
применении амида натрия могут образовываться амиды кислот, а
при применении мезитилмагнийбромида (ArMgBr) — соответству-
ющие карбинолы или кетоны:
rch2c^° *?^->.rch2c^0
X)R'	XNH2
Ar
RCH2C^	>’ RCH2C-OH(RCH2CAr)
\0R' 2>lMaU 1	|	II
Ar	О
Однако чаще всего эти реакции являются лишь побочными.
Трифенилметилнатрий тоже способен взаимодействовать с кар-
бонильной группой сложного эфира, но эта реакция протекает в
заметной степени только тогда, когда сложный эфир не содержит
а-водородных атомов, например:
.О + (С6НВ)3 CNa ->• С„НВСС (С6НВ)3
г 1Л	I,
1 При действии металлического натрия на сложные эфиры, не содержащие
следов спирта, происходит ацилоиновая конденсация (см. соответствующий раз-
дел).
189
Если речь идёт о самоконденсации сложного эфира, то продук-
том реакции Jпомимо побочных) должен быть лишь один Ц-кето-
ноэфир. Одна'ко (см. ниже) выходы последнего существенно зави- _
сят от строения радикалов как в ацильном, так и в алкоксильном
фрагментах исходного сложного эфира (т. е. от строения Л и R'
в RCOR7). Разветвленные, объемистые радикалы, как правило, за-
й
о
трудняют конденсацию. В то же время эфиры арилуксусных кислот
(R = ArCH2~) в большинстве случаев дают соответствующие эфиры
Р-кетонокислот с хорошими выходами. По-видимому, это объяс-
няется тем, что облегчается протекание стадии, определяющей
скорость реакции — отщепление а-водорода (в виде протона) от
молекулы исходного эфира (в делокализации заряда в образовав-
шемся енолят-анионе будет участвовать не только карбонильная -
группа, но и ароматический радикал). Например:
СН—€«=О
A
oc8Hj
-CjHjOH *
Конденсация разноименных сложных эфиров так же, как и
конденсация разноименных альдегидов, должна привести в общем
случае к смеси четырех эфиров р-кетонокислот — двух продуктов
самоконденсации каждого из взятых в реакцию эфиров и двух про-
дуктов смешанной конденсации, образовавшихся в результате того,
что каждый из эфиров может выступать в качестве карбонильного
и метиленового компонента. Это затрудняет использование двух-
компонентной сложноэфирной конденсации в синтетических целях.
Однако синтетические возможности рассматриваемого метода мож-
но существенно расширить, если использовать тот оке прием, что
и при альдольно-кротоновых конденсациях с участием двух раз-
личных альдегидов, т. е. вводить в реакцию в качестве одного из
реагентов соединение, не содержащее а-водородных атомов.
Сложные эфиры такого строения, естествейно, не могут давать
енолят-анионов и поэтому не способны к самоконденсации. В то
же время все они содержат карбонильную группу, которая, как
правило, активнее, чем в сложных эфирах, содержащих а-водород-
ные атомы. Благодаря этому при обработке смеси двух таких
сложных эфиров подходящим (см. выше) основанием енолят-анион
образует только тот из них, который содержит а-водородный атом,
однако в качестве нуклеофила этот енолят-анион атакует преиму-
щественно (а иногда и исключительно) сложный эфир, обладаю-
щий более активной карбонильной группой, т. е. не содержащий
атома водорода в а-положении.
Сравнительную электрофильную активность карбонильной груп-
190
пы в сложных эфирах с одинаковой алкоксильной группой легко
оценить, сопоставив константы диссоциации соответствующих кис-
лот: чем сильнее кислота, тем большим частичным положительным
зарядом обладает углерод карбоксильной группы и, следовательно,
тем более активную (в реакциях с нуклеофилами) карбонильную
группу будет содержать ее эфир. В таблице приводятся константы
диссоциации (КТ) карбоновых кислот, эфиры которых наиболее
часто применяются в реакциях слоЖноэфирной конденсации.
Кислоты, содержащие а-водородный атом		Кислоты, ие содержащие а-водородного атома	
наименование кислоты	№а5’дг5	.наименование кислоты	25° -ь Ка '10
Уксусная Пропионовая н-Масляная Изомасляиая «-Валериановая Изовалериановая Адипиновая* Янтарная*	1,76 1.34 1,54 1,44 1,51 1,70 3,71 6,89	муравьиная щавелевая * бензойная фталевая *	17,7 5,900 6,46 112,3
* Приводится только первая константа.
Таким образом, в описанном выше случае будет происходить'
конденсация двух разноименных эфиров. Примером может служить
конденсация этилацетата и диэтилоксалата, приводящая к получе-
нию оксалилуксусного эфира с высоким выходом:
СНО	I .1,
(соос2н5)2 + сн3соос2н5 с2н5осс t +сн =Lc-oc2hs —
-сдон
н5с2о 1 Н
„ „		|	-с,н,он
----*-С,Н,ОС—С—СН С ОС9Н, 2 5 >
2 5 и к д 5
о о- о
С2Н5ОС
с СН2С ос,н.
! 4 >
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЛОЖНОЭФИРНОЙ
КОНДЕНСАЦИИ В ПРЕПАРАТИВНЫХ ЦЕЛЯХ
Сложноэфирная конденсация — одна из реакций, наиболее ча-
сто применяемых в синтетической органической химии. С ее помо?
щью было синтезировано множество соединений со сложным угле-
191
родным скелетом — разветвленным, циклическим, полицикличе-
ским. Помимо этого получающиеся в результате конденсации
сложных эфиров эфиры 0-кетонокислот сами являются удобными
исходными веществами для получения гетероциклических и карбо-
циклических соединений, карбоновых кислот, кетонов и многих
других классов органических соединений (см., например: Несмея-
нов А. Н., Несмеянов Н. А. Начала органической химии, т. I.
М., «Химия», 1974, с. 389 и 405; Агрономов А. Е. Избранные
главы органической химии. М., Изд-во Моск, ун-та, 1975, с. 184).
В настоящем разделе дается представление об общих законо-
мерностях и области применения реакции.
Реакция самоконденсации. Циклизация по Дикману. Как было
отмечено, сложные эфиры карбоновых кислот, не содержащие
а-водородных атомов, неспособны к самоконденсации.
Этиловые и метиловые эфиры уксусной и пропионовой кислот
легко вступают в сложноэфирную конденсацию при обработке эти-
латом натрия:
R
2RCH2COOC,H5 --1)-C2iyNa^;<)2)H20 -*• rch2c СНСООС2Н5
OU — fU 70	||
6
Этиловые эфиры карбоновых кислот нормального строения от
масляной до миристиновой дают этиловые эфиры соответствующих
0-кетонокислот (см. приведенное выше уравнение: R = н-С4Нд—
—М-С12Н15) с выходами около 70% при применении в качестве
конденсирующего агента этилата натрия и одновременной отгонке
выделяющегося этилового спирта. Если этиловый спирт из реак-
ционной смеси не отгоняют, выходы продуктов конденсации сни-
жаются до 30—40%.
Эфиры карбоновых кислот изостроения вступают в реакцию
сложноэфирнон конденсации значительно труднее. Так, этиловый
эфир изомасляной кислоты устойчив к действию этилата натрия,
конденсацию удается провести лишь при действии таких сильных
оснований, как мезитилмагнийбромид (27%) или трифенилметил-
натрий (45—60%);
(C6Hs)3CNa+ Сн\ .€). с7° (СН3)2СНСООСаН5
-(с6н5)3сн сн/с чос2н5
192
о сн8
ОК и I .0
2Z	>СН—С—С—С<	+ C2HsONa+.
СН/	I Х)С2Н5
сн3
Как видно из приведенного выше уравнения, реакция в этом
случае завершается не отщеплением спирта, а уходом алкокси-
аниона; конечный продукт реакции —эфир р-кетокислоты, а не его
енолят, как в приведенном выше уравнении.
Однако, по-видимому, не только описанные выше особенности
механизма конденсации этилового эфира изомасляной кислоты за-
трудняют ее протекание. Было установлено, что эфиры других кар-
боновых кислот изостроения, в том числе содержащих a-водород-
ные атомы, столь же устойчивы к действию конденсирующих
агентов. Этиловый эфир изовалерьяновой кислоты также не реаги-
рует с этилатом натрия и конденсируется только под действием
трифенплметилнатрия, мезитилмагнийбромида или амида натрия.
Аналогичная картина наблюдается и в случае этилового эфира
трет.-бутилуксусной кислоты:
О	CgHbONa—^реакцнд не Идет
2(CHs)2CHCH2Cf —
хос2Нв глкчснвЬс.НеМаВг
4
сн8 сн3
он
->(СН3)еСНСН2С СНСООС2Н6
50%	»
2(СН3)8ССНаС
	------> реакция не идет
.-------->• (СН8)8ССН2С-СНСООС2Н5
|| |
о с—сн8
Однако наличие у а-углеродного атома исходного сложного
эфира вместо объемистой алкильной группы (изопропильной или
трет.-бутильной, как в описанных выше случаях) фенильного или
метоксильного радикала не препятствует конденсации. Так, этило-
вый эфир фенилуксусной кислоты легко дает соответствующий
эфир р-кетонокислоты под действием этилата натрия (выходы 55—
70%):
193
С.н6
2CeH5CH2COOC2H5 UW^^.CeH5CH2CCHCOOC2H5 '
6
Возможная причина этого явления — легкость образования ено-
лят-аниона на первой стадии реакции, а также энергетически вы-
годное образование на последней стадии реакции аниона типа 3
(см. с. 187), в котором в делокализации заряда принимает уча-
стие не только две карбонильные группы, но и фенильный радикал.
Не исключена возможность, что метоксильный радикал с его
отрицательным индукционным эффектом действует на обоих ука-
занных стадиях превращения, подобно фенильному (облегчает от-
рыв протона от исходного эфира на первой стадии и участвует
в стабилизации енолята, образующегося на последней стадии):
ОСН3
2СН3ОСН,СООС2Н5	CHaOCH^CHCOCX^Hs
О
На способность сложных эфиров к самоконденсации заметное
влияние оказывает также природа радикала в спиртовом фрагмен-
те их молекулы. Соответствующие сведения имеются, правда,
практически только для эфиров уксусной кислоты. Так, при про-
ведении конденсации «-пропил- и изопропилацетатов в сравни-
мых условиях (катализатор — этилат натрия) выходы соответст-
вующих эфиров ацетоуксусной кислоты составили 70 и 45%. Это'
свидетельствует о том, что ацетат разветвленного — изопропилово-
го— спирта вступает в реакцию конденсации не так легко, как
ацетат спирта с нормальной цепью углеродных атомов. Однако
в ряде случаев такое заключение сделать трудно, поскольку для
конденсации использовались в качестве катализаторов алкоголя-
ты тех спиртов, эфиры которых вводились в конденсацию. Напри-
мер, конденсация «-бутил-, изобутил-, етор.-бутил и трет.-бутил
ацетатов проводилась под действием алкоголятов «-бутилового,
изобутилового, вторично- и третичнобутилового спиртов соответ-
ственно; в то же время указанные алкоголяты обладают различ-
ной силой основности, поскольку способность соответствующих
спиртов к диссоциации убывает при переходе от «-бутилового к
трет.-бутиловому спирту (см.: Несмеянов А. Н., Несмея-
нов А. Н. Начала органической химии, т. I. М., «Химия», 1974,
с. 96).
Следовательно, конденсируя н-бутилацетат под действием «-бу-
тилата натрия, мы используем в качестве катализатора значитель-
но более слабое основание, чем при конденсации трет.-бутилацета-
та под действием трет.-бутилата натрия. Именно по этой причине
из н-бутил-, изобутил- и втор.-бутилацетатов эфиры ацетоуксусной
194
кислоты получаются с практически одинаковыми выходами (70—
80%). Однако трет.-бутилацетат дает при этом продукт конден-
саций со значительно меныпим выходом (50%). Это еще раз под-
тверждает, что наличие разветвленного алкильного радикала в
спиртовом фрагменте сложного эфира затрудняет протекание кон-
денсации. Такая же картина наблюдается для ацетатов бензило-
вого спирта и бензгидрола. Первый из них удалось ввести в кон-
денсацию только при использовании в качестве катализатора
такого сильного основания, как трифенилметилнатрий, а второй
оказался инертным и в этом случае:
CH8COOCH2CtHs	--->-CH8COOCH2COOCH2CeHs,| '
25%
СН8СООСН (СвН5)2—----------->• реакция не идет.
Самоконденсации эфиров двухосновных кислот применяется в
препаративных целях обычно в тех случаях, когда она может идти
внутримолекулярно. Превращения этого типа, называемые реак-
цией Дикмана, приводят к производным циклопентана или цикло-
гексана (так же как и самоконденсации дикетонов). В соответствии
с этим в реакции, которая обычно проводится в толуоле, исполь-
зуются эфиры адипиновой и пимелиновой кислот. Чаще всего в
качестве конденсирующего средства применяется металлический
натрий.
Синтез 2-карбэтоксициклопентанона может быть представлен
следующим образом:
С2Н5О-
-с2н5он
1)-С2Н5р-
~2) Н3о+ *
СОРС2Н3
2-карбэтоксицикло-
пентанон
195
Аналогично из диэтилового эфира пимелиновой кислоты полу-
чают 2-карбэтоксициклогексанон. Выходы продуктов циклизации
составляют в общих случаях 70—75%. Получить таким путем кето-
ноэфиры с иным размером кольца (ряда циклобутана, циклогеп-
тана, циклооктана и т. д.) не удается — происходит межмолекуляр-
ная конденсация и образуются преимущественно полимерные со-
единения.
В то же время диэтиловый эфир янтарной кислоты в условиях
сложноэфирной конденсации не полимеризуется, а претерпевает
межмолекулярную циклизацию с образованием дикетонодиэфира
ряда циклогексана:
сооед
СН
2СН2СООС2Н5 Na н.с7" со
CHaCOOCjHg	ОС сн2
XCHZ
СООСгНа
2, 5-дикарбэтокси-
циклогександион-1, 4
Реакция Дикмана оказалась особенно полезной для получения
полициклических соединений. Примером может служить одна из
стадий синтеза полового гормона эквиленина, протекающая с выхо-
дом более 95%:
/СН)	,	_	СИз
I jScOOCH3	J)CH3ONa	< V 1°
2)Н3О+	/#>>[^(^НСООСНз
Метод Дикмана может быть использован также для синтеза
гетероциклических соединений. Так, из продукта присоединения
этилакрилата к этиламину циклизацией при действии натрия полу-
чают 1-этилпиридон-4
СН.2СН2СООСаН8 ^h5nZ CH2CH2COOCjH5	/СНа-СНа UCaHr-N	\с=0 \зн2—сн—сооед
196
НзО+
нагревание
сн2-сн2
\=О+С2Н5ОН+СО2.
\н2-сн/
1 -этилпиридон-4
Конденсация двух различных сложных эфиров. Как было от-
мечено ранее, конденсация двух эфиров различных карбоновых
кислот может иметь препаративное значение обычно только в том
случае, когда один из этих эфиров не содержит а-водородных ато-
мов. Такие эфиры выступают в реакции в качестве карбонильного
компонента, и их часто называют ацилирующими эфирами, по-
скольку в продукт реакции — эфир р-кетонокислоты— они вносят
ацильный фрагмент (см. механизм реакции):
R'
RCOOQHb+H-C-COOC^Hs-^-^^t-H
R'
ацилирующий ацилируемый
эфир	эфир
R'
->>RCOC—COOC2H5J-С2Н5ОН.
R'
Ранее (см. таблицу) был приведен список кислот, эфиры кото-
рых обычно применяются в качестве ацилирующих. Простейший
из таких эфиров — этилформиат — должен обладать активной кар-
бонильной группой. При конденсации его с этилацетатом получает-
ся натриевое производное енольной формы формилуксусного эфи-
ра (выход около 70%). Сам эфир не может быть выделен, так как
он тотчас же подвергается самоконденсации с образованием эфира
тримезиновой кислоты:
Na
НСООСаНб+СНзСООСгНб---->
Г 0
СН = снс
_ О" Na+ ^ОСгНв
НаР+ ,
-->СНСН,СООС,Н6
->СвН3(СООС2Н5)-1,3,5.
эфир тримезиновый кислоты
197
Образование симметрично замещенных бензолов в результате
кротоновой конденсации описано ранее. В том случае, когда по-
добная тримеризации осуществиться не может, соответствующие
а-формильные производные сложных эфиров могут быть получены
в свободном состоянии, например:
С6Н5
I	I
нсоос2н5н2ссоос2 н5нсснсоос2н3
о
сн2соос2н5	м
НСООС,Н5+	° С-2НаО Na 2) И.О_)мНС_СНСООСгНб
СН2СООС2Н5	Ь5/о	[| [
О СН2СООС2НБ
Как ацилирующий эфир диэтилоксалат наиболее активен (см.
таблицу) и поэтому чаще других используется в двухкомпонентной
конденсации. Реакция с эфирами моноалкил- или моноарилуксус-
ны.х кислот дает возможность получать соответствующие а-окса-
лнлзамещенные эфиры с достаточно высокими выходами:
R
(CooQHs^+G^cooqH,-1-^9Нб тоХ;о/2) НР+
"	I и~—OV /О
RCHCOOC.H,
СОСООО>Н5
R=«-алкил или арил.
Полученные таким путем эфиры двухосновных кетонокислот
могут быть легко превращены в эфиры малоновой кислоты декар-
бонилированием. Примером служит синтез диэтйлового эфира фе-
нилмалоновой кислоты, который нельзя получить непосредственно
из малонового эфира:
свн8
(СООС2Н5)2 +СН2СООС2Н6--° ^Нн°(Г—
С„Н5	COOQHj
-*• СН -COQH,	СвНБСН
СО—COC2Hj	СООС2Н6
198
Эфиры высших гомологов, уксусной кислоты, особенно развет-
вленного строения, лишь с трудом вступают в конденсацию с ди-
этилоксалатом под действием этилата натрия. Так, этилизобутират
удается ввести в рассматриваемую реакцию только при использо-
вании в качестве конденсирующего агента такого сильного основа-
ния, как трифенилметилнатрий:
СН
(соосен,), + 3 унсооед  -(СвН5^/~-а-->
-СН/	bl 0
сн3
QH6OCOCO-C—СООС2Н5
СН3
Конденсация диэтилоксалата с эфирами двухосновных кислот
позволяет синтезировать эфиры трехосновных кислот, а также эфи-
ры кетонокислот циклического строения:
СН3СООС2Н8
CHaCOOCjHgj.	O Na+- 2) НчО+	’
(COOQH^+I	n WO Na 2) НзО CH-COOC2Ha
CH2COOC2H5	83/0	)
CO—COOC,H5
COOC2H5
\h2
, COOGjHg	2)
\2	+ COOCjHg
CH2
COOC2H6
COOC,H5 О
1
I %
COOQHs о
3, 5-дикарбэтокси-
циклопентандион-1, 2
В конденсацию с диэтилоксалатом могут также вводиться
«внутренние» эфиры карбоновых кислот — лактоны:
СН2
( J) C®H5O'Na+; 2) Н3О+
1а'
57 %
199
COCOGjHj
Этилбензоат является наименее активным из обычно применяе-
мых ацилирующих эфиров (см. таблицу). По этой причине выходы
бензоилированных эфиров — продуктов конденсации этилбензоата
с другими сложными эфирами — обычно очень невысоки, посколь-
ку в значительной степени происходит самоконденсации ацилируе-
мого (в данном случае бензоилируемого) эфира. Так, выходы про-
дуктов бензоилирования сильно уменьшаются при переходе . от
этилацетата к этилпропионату и этилбутирату:
R
CeHsCOQC2H6+CHaCOOCaHs b C2H5°'N.a+-:2) -НаР+_>
R
I
->ceH/2(XHcmc.,Hs
R=H(50%), СН,(19%), QH8(49-6)
Реакция протекает удовлетворительно в том случае, когда спо-
собность бензоилируемого эфира к самоконденсации сильно пони-
жена. Примером может служить этилизобутират:
CeH5COOC2H8+(CH8)s	>.
CHS
I
^свн6со—с—cooq>h5
сн,
СООС2Н8
Значительно реже применяются в качестве ацилирующих эфи-
ров эфиры угольной и фталевой кислот:
OQH,
СвН5СН2СООС2Н8 ’гО=С/ - ° ^ga^CgH8CH
OG,!!,	(50%)	СООС2Н5
fV СООС2Н5	1)G.HO-Na+
+СН,СООС2Н8 .*>	->
J-COOCaHj	2) Нз°
200
co
Z\/\
-> |	>CH—COOC2H5
ч/\/
co
70%’
Однако в некоторых случаях удовлетворительные результаты
дает также конденсация двух сложных эфиров, каждый из кото-
рых содержит а-водородные атомы. При этом решающее значение
имеет различие в активности их карбонильных групп: если это
различие достаточно велико, то в роли ацилирующего эфира будет
выступать практически только тот из них, который обладает более
активной карбонильной группой, а в роли ацилируемого — эфир,
существенно уступающий ему в этой активности. Если рассматри-
вать сложный эфир общей формулы RCOOR', то очевидно, что спо-
собность его быть ацилирующим агентом должна повышаться с
увеличением электроноакцепторности обоих радикалов, т. е. R и R'.
В качестве иллюстрации роли электроноакцепторности радика-
ла R в этом случае можно привести конденсацию этиловых эфиров
диэтоксиуксусной и уксусной кислот:
едок	Na
)снсоос1н5+ сн„соос2н8
адо/	71 “
едо
yCHCOGHgCOOQHj
С2Н6О/
Влияние электроноакцепторности радикала видно из результа-
тов конденсации этилацетата с п-дифенилилпропионатом *. При
конденсации этих эфиров последний выступает как ацилирующий
эфир, и этиловый эфир пропионилуксусной кислоты получается с
вполне удовлетворительным выходом:
CHsCH,COOCeH4CeH5-n + CHgCOOQHs ->
(CaH£E~Na+-> СН8СНгС(Х2Н2СООСЛ I5.
В то же время конденсация этиловых эфиров уксусной и пропио-
новой кислот приводит к смеси практически равных количеств че-
тырех p-кетоноэфиров и поэтому не применяется для препаратив-
ных целей.
1 Фенолы обладают более сильными кислыми свойствами, чем алифатические
спирты; следовательно, арильные радикалы в арилоксигруппах превосходят ал-
кильные в алкоксигруппах по электроноакцепторности.
201
Ацилоиновая конденсация. Ацилоинами обычно называют а-ок-
сикетоны общей формулы RCHCR', где R и R' — алкильные ра-
ОНО
дикалы. Существует ряд методов синтеза ацилоинов с различными
R и R', но они не относятся к реакциям конденсации сложных эфи-
ров. Непосредственно из сложных эфиров могут быть получены
только ацилоины с одинаковыми алкильными радикалами, т. е.
RCHCR. Их синтез'из сложных эфиров и называется ацилоиновой
I II
ОНО
конденсацией. Полученные таким образом ацилоины в соответ-
ствии с наименованиями карбоновых кислот, эфирй которых вво-
дились в реакцию, называются так: ацетоин (из ацетатов), про-
пионоин (из пропионатов), бутироин (из бутиратов), валероин
(из валератов) и т. д.
Ацилоины образуются из сложных эфиров, не содержащих при-
меси спирта, при действии на них металлического натрия. Это под-
тверждает тот факт, что при проведении сложноэфирной конден-
сации под действием металлического натрия фактически имеет
место катализ алкокси-анионом, образующимся в результате того,
что исходный сложный эфир содержит*примесь спирта.
Образование ацилоина из сложного эфира под Действием ме-
таллического натрия представляет собой комбинированную реак-
цию восстановления-конденсации. Первая стадия этого процесса —
восстановление — состоит в переносе электрона от металла (нат-
рия) к кислороду карбонильного соединения. На второй стадии
превращения анионрадикал димеризуется (конденсация). Обе ста-'
дии протекают, следовательно, таким же образом, как и восстанов-
ление кетонов в пинаконы (см. Неницеску К. Д. Органическая
хймия, т. I. М., ИЛ, 1962, с. 443):
OR'	OR'
R—	R— С
ч	\ +
О-е-Na	°“Na
/OR'
R-C
“*	[ ^О-Йа
O«--Na - O“Na	R—C—o-Na
R— C^	R—c/	OR'
\)R'	\)R'
И
202
Дальнейшее восстановление полученного динатриевого производ-
ного (И), в процессе которого еще два атома натрия передают по
одному электрону атомам кислорода, приводит к отщеплению двух
алкокси-анионов (что облегчается сильным электронодонорным
влиянием отрицательно заряженных атомов кислорода) и образо-
ванию алкоголята ендиола (А), который при подкислении перехо-
дит в ацилоий (в соответствии с правилом Эльтекова — Эрленмей-
ера):
R 9 ° Na+ н n+ R—с—он	R—снон
II	>	||	____	|
R—С—О Na+	R—С— ОН	R—С=О
К
Ацилоиновая конденсация эфиров предельных кислот жирного
ряда (обычно используются метиловые или этиловые эфиры) чаще
всего проводится при нагревании в эфире, бензоле или ксилоле.
С увеличением степени измельчения натрия, а также молеку-
лярного веса кислоты, эфир которой вводится в реакцию, выходы
ацилоинов увеличиваются:
О
2RC^
1) Na RCHCR
2)И2о"*он О
R=CH8(23%),
ад-ад^бо-боуо),
^„-€^«^(80-90%).
Разветвленность углеродного скелета в кислотном фрагменте слож-
ного эфира практически не влияет на ход конденсации.
Ранее считалось, _что с помощью ацилоиновой конденсации, так
же как й с помощью альдольно-кротоновой или сложноэфирной,
можно получать лишь соединения ряда циклопентана и циклогек-
сана. В качестве примера приведем синтез ацилоина из .диметило-
вого.эфира адипиновой кислоты:
СНг
нгс/>чсоосн8
Н2С СООСН8
Xcii2
Na в толуоле; 110°
203
- Однако в 1947 г. Прелог и Штолль показали, что использова-
ние весьма тонко измельченного натрия в качестве конденсирую-
щего агента и очень энергичное перемешивание реакционной смеси
позволяют получать с удовлетворительными выходами (40% и бо-
лее) циклические ацилоины состава С?—Ci3, например:
СООСН3
(СН2)7
СООСН3
------С0
1) Na в ксилоле; 140°; 2^НаО L-tt \
7*" (ЬН2)7
I СНОН
Макроциклические, т. е. содержащие 14 и более атомов углерода
в цикле, ацилоины получаются таким образом без всяких затруд-
нений (ёыходы 65—90%).
Долгое время не удавалось получить ацилоины ряда циклобу-
тана из эфиров янтарной кислоты, хотя было известно, что диэти-
ловый эфир quc-гексагидрофталевой кислоты при большом раз-
бавлении (для подавления межмолекулярной конденсации) дает
соответствующее циклобутановое производное (правда, с низким
выходом):
COOGjH,
1) Na в ксилоле, 140°; 2) НдО
12%
СООСзНз
Л
ОН
О
Позднее все же был найден способ проведения ацилоиновой
конденсации, позволяющий получать сукциноин и его би- и трицик-
лические аналоги с хорошими выходами. Оказалось, что если при
ацилоиновой конденсации вводить в реакционную смесь триметил-
хлорсилан, то образуются с хорошими выходами триметилсилиль-
ные эфиры ендиолов, которые при цидролизе легко переходят в со-
ответствующие ацилоины:
СН2СООС2Н5
СН2СООС2Н5
Na, ClSi(CH3)3
разб. р-р в ксилоле; 140°
/OS1 (СН3)3
--------\OSi (СН3)з
О
НзО+ ---
76% -----
ОН
204
Таким путем описанный выше ацилоин (Л) может быть получен
с выходом 89%.
Метод удалось также использовать для синтеза труднодоступ-
ных трициклических систем
ГЛАВА III
Конденсация
альдегидов и кетонов
со сложными эфирами
Область применения конденсаций карбонильных соединений как
синтетического метода органической химии существенно расши-
ряется благодаря тому, что реакцию можно проводить как двух-
компонентную, используя в качестве одного из компонентов альде-
гиды или кетоны, а в качестве другого — сложные эфиры. В подоб-
ных реакциях сложные эфиры обычно выступают как «карбониль-
ные компоненты» и конечными продуктами реакции являются
р-дикетоны или 0-кетоальдегиды.
Однако диэфиры янтарной кислоты, а также эфиры а-галоген-
замещенных алифатических кислот, конденсируясь с альдегидами
или кетонами, играют, как правило, роль «метиленового компо-
нента».
АЦИЛИРОВАНИЕ КЕТОНОВ
СЛОЖНЫМИ ЭФИРАМИ
Конденсация альдегидов со сложными эфирами обычно проте-
кает неоднозначно и редко применяется в синтетической практике,
1 Исходный сложный эфир легко получается диеновым синтезом нз двух
молекул дивинила и ацетнлендикарбонового эфира с последующим гидрирова-
нием получеииого гексагидронафталинового производного.
205
поэтому будут обсуждены только реакции с участием кетонов и
сложных эфиров.
Как впервые установил Кляйзен, конденсация кетонов со слож-
ными эфирами позволяет получать с достаточно высокими выхо-
дами р-дикетоны — соединения, не только широко приме-
няющиеся в синтезе различных карбо- и гетероциклических систем
и органических соединений других классов, но и в аналитической
химии в качестве комплексообразователей, обладающих рядом
уникальных свойств.
Механизм реакции. Реагенты и побочные процессы. Формаль-
но схема реакции может быть представлена следующим образом:
RCOOR4 HCH2COR'^^e-> RCOCH2COR"+R'OH.
Как видно из приведенного уравнения, процесс сводится к нук-
леофильному замещению у карбонильного атома углерода слож-
ного эфира (уходящей является R'O-группа) и последний, следо-
вательно, выступает как ацилирующий агент. Поскольку в данном
случае кетон сам по себе не может быть нуклеофилом и, следова-
тельно, не может ацилироваться сложным эфиром, очевидно, что
каталитическое действие основания в этой( реакции, как и при аль-
дольно-кротоновых конденсациях, сводится к генерированию из
кетона активной нуклеофильной частицы — енолят-аниона.
Причины протекания конденсации по приведенной выше схеме
в принципе сходны с теми, которые обусловливают течение слож-
ноэфирной конденсации (обратимость всех стадий реакции, значе-
ние силы основности катализатора и образующихся енолят-анио-
нов, роль делокализации заряда в первичном продукте конденса-
ции — сопряженном анионе, строение конденсируемых соединений
и т. д.); они описаны в предыдущем разделе. Ниже будут обсуж-
дены только основные особенности рассматриваемой реакции.
Как уже было отмечено (см. с. 184), сложные эфиры склонны
к енолизации в значительно меньшей степени, чем кетоны. Поэто-
му при действии оснований енолят образуется преимущественно
из последних. Если взятый эфир обладает достаточно активной
карбонильной группой, то основным направлением реакции будет
ацилирование кетона:
RC CH,CR‘
О о
206

Особенно хорошие результаты получаются при использовании
сложных эфиров, не содержащих а-водородных атомов, поскольку
последние не только^не способны к самоконденсации, но и облада-
ют, как правило, более высокой, чем другие сложные эфиры, кар-
бонильной активностью (см. таблицу).
В случае метилкетонов конденсация всегда проходит по ме-
тильной или по метиленовой группе. Причины этого явления такие
же, как при катализе альдольной или кротоновой конденсаций ме-
тилэтилкетона основаниями.
Основные побочные реакции — самокондеисация кетона и слож-
ного эфира — в ряде случаев существенно снижают выходы р-ди-
кетонов. Самокондеисация кетона особенно легко протекает, когда
он не относится к ряду метилкетонов и когда ацилирующий слож-
ный эфир содержит сравнительно малоактивную карбонильную
группу. Так, циклогексанон и особенно циклопентанон в значи-
тельной степени подвергаются самоконденсации при попытках
ацилировать их этилбензоатом в присутствии амида натрия. Само-
конденсацию кетона в некоторых' случаях удается свести к мини-
муму, если в раствор катализатора в соответствующем раствори-
теле сначала вводить сложный эфир и, не давая ему времени на
самоконденсацию, сразу же вслед за ним добавлять кетон.
Если сложный эфир, применяемый в качестве ацилирующего
агента, имеет а-водородные атомы, то он может претерпевать са-
моконденсацию с образованием эфира •р-кетонокислоты. Этилаце-
тат и его гомологи ведут себя подобным образом в том случае,
когда ацилируемый кетон относительно неактивен. Так, при по-
пытках ацилирования диизобутилкетона этнлацетатом в присут-
ствии амида натрия был получен только ацетоуксусный эфир —
продукт самоконденсации этилацетата.
Ряд побочных реакций происходит при нагревании реакцион-
ной смеси. Основная из них — расщепление 0-дикетона — подобна
кислотному расщеплению ацетоуксусного эфираПоследующие
превращения продуктов расщепления и вызывают появление в ре-
акционной смеси побочных продуктов. Так, например, ацилирова-
ние диэтйлкетона этилацета^ом на холоду (20°) дает ожидаемый
продукт реакции — З-метилгександион-2,4. При нагревании же
расщепление последнего под действием этилата натрия может
идти по направлению 2, благодаря чему образуются этилпропио-
нат и метилэтилкетон и как следствие этого — гептандион-3,5 и гек-
сандион-2,4 (во всех случаях имеется в виду, что в реакционной
смеси есть этиловый спирт):
1 Кислотное расщепление ацетоуксусного эфира описано во- многих учебни-
ках и учебных руководствах, например: Н е н и ц е с к у К. Д- Органическая хи-
мия, т. IL М., ИЛ, 1963, с. 74; Агрономов А. Е. Избранные главы орга-
нической химии. М., Йзд-во Моск, ун-та, 1975, с. 202.
207
СН3СН2ССН2СН3 + СНЭСООС2Н5
C,HSON»+
20’
C2H5ONa+
нагрев.
3-мехилгександион -2,4
C2H5ONa+
н,7реВ~ сн3сн2соос2н5 + СН3СОСН2СН3
СН3СОСН2СН3
СН3СООС2Н5
СН3СН2СОСН2СОСН2СН3 СН3СОСН2СОСН2СН3
гежт»вдион-3,5	гександион-2,4
По этой причине ацилирование кетонов сложными эфирами избе-
гают проводить при нагревании.
Механизм действия оснований-катализаторов практически тот
же, как и в случае сложноэфирной конденсации. В качестве кон-
денсирующих агентов чаще всего используются этилат, метилат и
амид натрия, реже — гидрид натрия.
Побочные реакции, связанные с использованием того или иного
катализатора, обычно вызываются тем, что они проявляют нуклео-
фильные свойства, вызывая замещение алкоксигруппы в сложном
эфире. Так, при применении в реакции сложного эфира и алкого-
лята, приготовленных из разноименных спиртов, происходит пере-
этерификация:
r_C=O+R*—O-Na+^t R — C=O+R'O-Na+.
OR'	OR"
При использовании амида натрия сложный эфир превращает-
ся в соответствующий амид, который, естественно, в ацилирова-
нии кетонов принимать участия не может:
RC=O4-NaNH2->.RC=O+R'O-Na+.
OR'	NH2
Гидрид натрия обычно не восстанавливает карбонильную группу.
Использование реакции ацилирования кетонов сложными эфи-
рами в препаративных целях. Ацетилирование этилаце-
татом. Большинство метилкетонов ацетилируется этилацетатом
208
в присутствии этилата, амида или гидрида натрия с образова-
нием р-дикетонов, содержащих активную метиленовую группу:
CH,COOCaH,+CH,CR ,^н^°'ы‘нГ chscoch!cor+c,h,oh,
2) Н3О+
R-алкил, арил или гетероцикл.
Ацилирование по метиленовой группе при наличии метильной
идет в заметной степени только в случае метилэтилкетона:
СН3СОО(^НБ+СН3СОСН2СН3СН3СОСН2СОС2НБ-’;
(4о%)
СН3
+сн3сснссн3
о о
(9%)
Метилбензилкетон и его аналоги (кетоны с другим аромати-
ческим радикалом) ацетилируются как по метильной, так и по
метиленовой группам, а этилбензилкетон — практически только по
бензильной метиленовой группе:
сн3соос2нБ+сн3сосн2свнв 1)СаН^~нй— ->
С.нь
->СН3ССН2ССН2СвНБ4- СН3ССНССН3
II II	II II
0 0	о о
(30%)	(10%)
СНзСОО^Н^+СНзСНгСОСНАН,-^^^-^
С.НБ
->СН3СН2ССНССН3
. II II
о о
209
Ацетилирование метиларилкетонов производят, применяя в ка-
честве катализиторов сухой этилат натрия или амиды щелочных
металлов:
CHgCOOQHjH-СН3СОАг	(N№ J*** ’ LiNH2)
kl&J
->-CH3COCH2COAr,
(50-80%)
Ar=CeH5; n-BrC.H4; o-HOCeH4,
n-CH3OCeH4; 1,3,5-(CH8)8C8H8
Во всех случаях, когда диалкилкетоны содержат два «-мети-
леновых звена, ацетилирование может идти по обеим метиленовым
группам. Поэтому для ацетилирования обычно используют кетоны
симметричного строения — диэтилкетои, ди-н-пропилкетон и т. д.:
CH8CO(X^HS4-RCH8CCH8R—
II
о
R
-> СНзСО^НСОСН^+СзНвОН.
(20 — 40%)
Как упоминалось, в этом случае при нагревании идут побочные
реакции.
Как правило, наличие разветвлений у а- или 0-углеродных
атомов кетона приводит к резкому снижению выходов продуктов
ацетилирования:
В
СН8СООС2НБ+СН3СОС (СН3)3 -ъ СН3СОСН2СОС (СН8)3,
B^HjO-(15 — 20%), NaH(30%), NaNH2(40%). '
(CH3)2CHCH2COCH2CH (CH3)2 -> не ацетилируется.
Ацетилирование циклических кетонов проводится с использо-
ванием более сильных основных катализаторов, чем этилат нат-
рия:
210

Некоторые метилкетоны были проацилированы эфирами заме-
щенных уксусных кислот:
С2НБОСН2СООС2НБЧ-сн3сосн3 °
->С2Н5ОСН2СН2СОСНЛ+С2НБОН,
(40%)
СРзСОООД + CH3COCF3	->
->CF3COCHaCOCF3 + CjHjOH
(72 %)
Полученные таким путем 0-дикетоны оказались ценными анали-
тическими реагентами. Присутствие в молекуле сложного эфира
или кетона осложняет реакцию нитрогрупп н других заместителей.
Ацилирование высшими гомологами этилаце-
тата. Ацилирование метилкетонов эфирами пропионовой и выс-
ших кислот идет с хорошими выходами при применении в каче-
стве катализаторов амида или гидрида натрия. В присутствии
этилата натрия удовлетворительных выходов соответствующих
кетонов получить не удается:
RCOOGjHj + CH3COR' И-1И NaH RCOCHaCOR' + QHjOH.
Z) tlgO
(60-70 %)
Ацилирование кетонов идет с более высокими выходами, если
в качестве ацилирующих агентов использовать эфиры кислот с не-
разветвленной цепью углеродных атомов. Этиловые эфиры карбо-
новых кислот с разветвленной у а-углерода цепью углеродных
атомов дают продукты ацилирования метилкетонов с невысокими
выходами даже при использовании в качестве катализаторов ами-
да и гидрида натрия. В этом случае полезно применять фенило-
вые эфиры вместо этиловых (вопрос о повышении активности кар-
бонильной группы в сложных эфирах при переходе от алкиловых
эфиров к фениловым рассматривался в разделе, посвященном
211
сложноэфирной конденсации). При этом удается провести ацили-
рование даже в том случае, если разветвленную цепь углеродных
атомов содержит не только Сложный эфир, но и ацилируемый
кетон:
(СзНБ)4 СНСООС8Н5 + СНзСОСН (С2Н5)2
-> (С2Н5)2 СНСОСН2СОСН (С2Н5)2 + С6НБОН,
(62 0/0)
(СН3)8ССООС6НБ-г СН3СОС(СН3)3
->• (СН3)8 ССОСН2СОС (СН3)3 + С6НБОН.
(64 %)
Из метиларилкетонов в конденсацию с эфирами высших жир-
ных кислот легче других вступают о-окси- и о-метоксиацетофе-
ноны:
RCOOC2H6 + о-СН3СОСвН4Х	НзО!..
--UarigVrl
-+ o-RCOCH2COCeH4X,
(70 — 75 %)
R = C2H5, X = ОН;
R = «-С3Н7, X = ОСН8.
Ацилирование кетонов, не содержащих а-метильной группы,
эфирами пропионовой и высших кислот идет, как правило, с низ-
кими выходами даже при использовании в качестве конденси-
рующего агента амида натрия. Примерами могут служить резуль-
таты ацилирования диэтилкетона и циклогексанона этиловыми
эфирами пропионовой и «-масляной кислот:
С2НБСООС2НБ- CH3CH2COCH2CH3g^gP-8-^
Пу-/
сн3
-> (^НвСОСНСОСНя + с2нБон,
(28 %)
О	о
II	II
н-С3Н7СОСХ32НБ-1-	+ С2Н5ОН.
44 /	Ч'/Ч'СОС3Н7
(6-12 %)
212
Ацилирование кетонов эфирами двухосновных кислот (за ис-
ключением щавелевой) идет обычно с низкими выходами и редко
применяется для препаративных целей.
Ацилирование эфирами кислот, не содержа-
щих а-водородных атомов. Ацилирование кетонов эфирами
кислот, не содержащих а-водородных атомов, имеет ряд преиму-
ществ. Во-первых, они неспособны к самоконденсации и, во-вто-
рых, обладая активными карбонильными группами, быстро
реагируют с енольной формой кетона и предотвращают, таким
образом, самоконденсацию последнего. Следовательно, в рассмат-
риваемом случае побочные реакции должны быть сведены к мини-
муму, а соответствующие р-дикетоны получаются с высокими
выходами.
Именно по этой причине этилформиат, диэтилоксалат, диэтил-
карбонат, а также этилбензоат и некоторые другие эфиры арома-
тических кислот нашли особенно широкое применение для ацили-
рования кетонов.
Эфиры муравьиной кислоты формилируют кетоны, содержащие
метильную или метиленовую группу в присутствии метилата, эти-
лата и амида натрия. Получающиеся при этом р-кетоальдегиды
обычно называют оксиметиленкетонами, поскольку они существу-
ют преимущественно в енольной форме. р-Кетоальдегид, получае-
мый из ацетона, не может быть выделен в свободном состоянии —
он, так же как и формилуксуеный эфир (см. выше), при попытке
выделить его из соли самоконденсируется с образованием 1,3,5-
тризамещенного (в данном случае триацетил) бензола:
HCOOQjHj + СН3СОСН3 ^H»5Na"
н3сосх^х/сосн3
->CH3COCH=CHONa+-^->	|	||
СОСН3
(40 %)
В противоположность другим эфирам эфиры муравьиной кис-
лоты реагируют с метилэтилкетонами преимущественно по мети-
леновой группе:
нсооед + СН3СН2СОСН3 Са^-°^-а--
СН3
-> CH3CH2CCH=CHdNa+ + СН3С—C=CHONa+
И '	II
о	о
(15 %)	(45 %)
213
Диэтилкетон и различные циклические метиленкетоны — цйк-
лопентанон, циклогексанон, гидриндон-1, а-тетралон, камфора и
многие другие — формилируются с вполне удовлетворительными
выходами, например:
Формилирование о-оксифенилкетонов позволяет получать со-
единения ряда хромона:
Ацилирование кетонов эфирами щавеловой кислоты должно
протекать с высокими выходами, поскольку по активности карбо-
214
иильной группы оксалаты намного превосходят как кетоны, так и
другие сложные эфиры (см. с. 191), что практически полностью
исключает самоконденсации? кетона. Чаще всего реакцию прово-
дят в присутствии этилата натрия. В зависимости от соотношения
реагентов в реакцию могут вступать: 1)' эквимолекулярные коли-
чества сложного эфира и кетона, 2) две молекулы эфира и одна
молекула кетона и 3) одна молекула эфира и две молекулы ке-
тона.
. Первая реакция — моноацилирование — гладко протекает для
большинства кетонов. Ниже приводятся примеры моноацилирова-
ния диэтилоксалатом кетонов жирного ряда, а также алицикличе-
ских, жирноароматических и некоторых других кетонов (катали-
затор— этилат натрия):
CH3COCHaCOCOOC2HS
п-СН8ОСвН4СОСН3СОСООС2Н6
В некоторых случаях, например при моноацилировании диэтил-
и дибензилкетонов, первоначально образовавшийся продукт моно-
ацилирования подвергается циклизации:
(Соседа + (CeHsCH2)2 со	~СгН5°н->
о	с,н6
Ч	I
С—сн2
Н6Св—СН	1) CaH5ONa+;-C_H,OH
\	2) Н8О+; 87%
С---С—ОС2НБ
21S
В реакцию могут быть введены также некоторые «^-непре-
дельные кетоны. Двойная связь при этом не затрагивается и аци-
лированию подвергается метильная группа, соседняя с карбо-
нильной:
(СООС2Н5)2 - - СН3СОСН=С (СНз)2 Ц	~^Н5ОН
->С2Н5ОС ССН2ССН==С(СН8)2
II I! II
ООО
(60 %)
(сооед), + сн8сосн = снсвнв ~CaHs0H->
С^О С CCHjCCH - снс,н6
II II	II
о о	о
(65 %)
Активирующее влияние карбонила может также передаваться
и через винильную группу (винилогия):
(сооСаН5)2 + сн8сн=снсс.н6
о
-> GjHjOC ССН2СН=СНСС4Н6
II II	II
О О	[О
Второй и третий типы реакций — диацилирование кетона и ;
реакция диэтнлоксалата с двумя молекулами кетона — изучены
только на ограниченном числе примеров. Так, диацилирование
ацетона может служить удобным методом получения хелидоновой
кислоты, а из нее — незамещенного у-пирона:
216
2 (COOQiHj), + CH8COCH8
1) QjHjONa";
-QsHjOH
2) H3O+
CH2 \h2
I' I
C=O C—COC2H5
/ II II
c=o о о
1-I3O'
нагревание
— гСоН^Н
ОС2НБ
О
О
НО—С О С—он
нагревание
— 2СО2
у-пирон
хелидоновая кислота
Диацилированию могут также подвергаться алициклические
кетоны:
О
СОСООС2Н5
2(СООС2НБ)2 +
2) Н3О+
СОСООС2Н5
(70 %)
Ацилирование одной молекулой диэтилоксалата двух молекул
кетона дано на примере ацетона:
COOC.H, + Н.ССОСН, ц wSNa<; _CJ1t0H	СО—CH2C0CH8
COOCJ1, Н.ССОСН, 2) н>0’	СО—СН.СОС.Н.,
9 Зак. 74
217
Этилбензоат обладает сравнительно низкой карбонильной ак-
тивностью, подобно большинству эфиров ароматических кислот,
которые в этом отношении заметно уступают эфирам муравьиной
и щавелевой кислот (см. с. 191). В связи с этим в подавляю-
щем большинстве случаев ацилирование кетонов эфирами арома-
тических кислот приходится проводить в присутствии амида или
гидрида натрия, которые обеспечивают достаточную концентра-
цию енольной формы кетона (енолят-аниона) в реакционной
смеси.
При бензоилировании ацетона этилбензоатом при комнатной
температуре в присутствии амида или гидрида натрия бензоил-
ацетон был получен с выходом около 65%:
CeHsCOCX^Hs 4- СН3СОСН3	Hg0%
СвНБСОСН2СОСН3.
Та же реакция в присутствии этилата натрия при 25° протекала
всего на 20%. Удовлетворительный результат (выход бензоилаце-
тона 70%) удалось получить в жестких условиях — нагревание
при 150° с сухим этилатом натрия.
Метилалкилкетоны бензоилируются по Метильной группе. Кон-
денсация протекает без осложнений при применении в качестве
конденсирующих агентов амида натрия и гидрида натрия; причем
последний обеспечивает обычно более высокие выходы. Например:
едсооед- сн3сосн2сн3
-> СвНБСОСН2СОСН2СН3,
Q U	и	А	О'
(40 %)
Си	и Гп f'rv'ui г'тл f'u 1) NaNH2; СгН5ОН
jHgCUOCorlj , С.Н3СиСг12С.г12Сг13 НзО+	—*"
->СвНБСОСН2СОС3Н7.
Сведения о бензоилировании кетонов, не содержащих метиль-
ной группы по соседству с карбонильной, довольно скудны. Это,
вероятно, объясняется тем, что в большинстве случаев эта реак-
ция не может служить препаративным методом синтеза соответ-
ствующих р-дикетонов. Лугче других бензоилированию подверга-
ются циклические кетоны. Однако в этом случае лучше использо-
вать не метиловый или этиловый, а более активный фениловый
эфир бензойной кислоты. Фенилбензоатом в присутствии амида
натрия был пробензоилирован ряд алициклических кетонов:
218
В ряду жирноароматических кетонов также наблюдается отме-
ченная выше закономерность — удовлетворительные результаты
получаются практически только при бензоилировании метиларил-
кетонов.
Из ацетофенона и этилбензоата дибензоилметан может быть
получен с применением различных катализаторов:
С6Н8СООС2Н8 + СН8СОСвН8 ^н-он->с6нБсосн2сос6иБ,
(65—80 %)
В = КОН и C2H5ONa+ (нагревание), NaNH2 и LiNH2.
г
Ацетофеноны, содержащие в бензольном ядре окси- и алкокси-
группы, вступают в рассматриваемую реакцию обычно легче, чем
сам ацетофенон:
свнБсооа3нБ + сн8сос„н4он-о ~
-> СвН8СОСН2СОС6Н4ОН-о,
(75 %)
С6НБСООС2НБ СН3СОСаН4ОСН8-п -^нь°н
С6Н8СОСН2СОС6Н4ОСН3-п.
(88 %)
Помимо эфиров бензойной кислоты для получения р-дикетонов
использовались также эфиры алкоксдбензойных (главным обра-
зом метоксибензойных) кислот:
9*
219
п-сн3ос6н4 сосед + сн3ссед ~^он
ПзМ
-> п-СН3ОСвН4СОСН2СОСвН4,
(45 %)
осн3
н3со ^Ч-сооед +
осн3
н3со осн3
Ч- Н,ССО-^ ч осн 1) C^ONa*; -С^ОН
X /	3 2) Н30+	*
Н3СО осн3
-^СН3О—СОСН2СО—ОСН3
(65 %)
Ацилирование ацетофенона эфирами хлорбензойных, а также
фталевых кислот идет с низкими выходами, а эфирами нитробен-
зойных кислот не удается вовсе.
Наряду с эфирами ароматических для ацилирования кетонов
применялись эфиры некоторых гетероциклических кислот. Соот-
ветствующие примеры ацилирования ацетона в присутствии эти-
лата натрия:
0-соос2н5/ 44 ° / 45% s' СООС2Н5	. СН3СОСН3		 Г 75%	' Ч сн3-с-сн\^^ с Л,С—СООС2Н5\^ 90%	СОСН2СОСН3 « . СОСН2СОСН, Нзч _ n Lcoch2coch3 о
220
Применение диэтилкарбоната для ацилирования кетонов опи-
сано на немногих примерах. Эта реакция, как и реакция с диэти-
локсалатом, приводит не к р-дикетонам, а к эфирам кетонокислот.
Ее обычно проводят в присутствии этилата натрия, и отгоняют из
реакционной смеси этиловый спирт по мере его образования. Как
и в описанных выше случаях, реакция идет по метильной группе
кетона. В качестве примера приведем синтез этилового эфира
p-кетокаприловой кислоты:
н-^НиСОСНз + (с2нБО)2 со ^-f^0Na+; -С^ОН_>.
-> н-С5НпСОСН2СООС2Н5.
(65 %)
Внутримолекулярное ацилировани е-ц и к л и з а-
ция. Внутримолекулярная конденсация дикарбонильных соедине-
ний — дикетонов и эфиров дикарбоновых кислот — легко осуще-
ствляется в том случае, когда она приводит к соединениям ряда
циклопентана и циклогексана. Сказанное относится также и к
эфирам кетонокислот. Следовательно, внутримолекулярное ацили-
рование должны претерпевать эфиры у, б, е и ^-кетонокислот.
Для определения направления реакции необходимо учитывать,
что соответствующий енолят-анион может образовываться в ре-
зультате подвижности водородных атомов, связанных с атомами
углерода, соседними с кетониым карбонилом, а также принимать
во внимание, что в результате внутримолекулярной реакции дол-
жны образовываться энергетически более выгодные циклопента-
новые и циклогексановые системы.
В таком случае понятно, что эфиры у-кетонокислот будут да-
вать при катализе основанием (обычно применяется этилат нат-
рия) циклопентандионы-1,3:
C2H5ONa
-С2Н5ОН
1)-С2Н5О~
2) Н3О+
Из эфиров е-кетонокислот могут быть получены а-ацилцикло-
пентаноны:
221
l)C2H5ONa
2) H3O+
1)-C2H5O"
2) H3O+
Аналогично циклизация эфиров 6 и ^-кет^нокислот приведет соот-
ветственно к циклогександионам-1,3 и а-ацилциклогексанонам:
1) C2H6ONa+; -СЛОН
2) НзО+
Поскольку а-ацилциклопентаноны и а-ацилциклогексаноны
могут быть получены ацилированием соответствующих кетонов
(см. предыдущий раздел), наибольший интерес с препаративной
точки зрения представляет синтез: а) циклопентандионов-1,3 и
б) циклогександионов-1,3 (катализатор — этилат натрия):
СН8
а) СН8СН2С-С-СН2СООС2Н5
II |	/о
О сн8
о
222
CeHjCHsCCH^HCOOCjHj 75%
о
б) СН3СН2СОСН2СН2СН2СООС,Н6^^-^
о
CHsCOOQHj	____
/С\	>95 0%'"* \	____/“СНз
стцсоед	Ч
о
КОНДЕНСАЦИЯ ЭФИРОВ ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ
С АЛЬДЕГИДАМИ И КЕТОНАМИ
В 1893 г. Штоббе показал, что при обработке этилатом нат-
рия смеси ацетона и диэтилового эфира янтарной кислоты проис-
ходит не ацилирование кетона сложным эфиром, как это описано
в предыдущем разделе, а конденсация, в которой ацетон высту-
пает в качестве карбонильного компонента и которая приводит
к изопропилиденовому производному полуэфира янтарной кис-
лоты:
сн3.	стцсооедг н 5Мя+. г н он
\р__।	।	1) Carls ONa , —C2iibOrl
СН/	CHsCOOQH/> Нз°
СНз^с с/соос2н6
СН8/ \зн2соон
Обращал на себя внимание тот факт, что конденсация прохо-
дила легко именно с эфирами янтарной кислоты, причем в реакцию
вступали даже такие, альдегиды и кетоны, по отношению к кото-
рым оказывались неактивными эфиры уксусной кислоты. Так, на-
пример, бензофенон, не вступающий в реакцию с этилацетатом
даже в достаточно жестких условиях, легко конденсируется с дн-
этиловым эфиром янтарной кислоты:
223
ГГН1 СП СН2СООО>Н5 ]} (СНз)зСОК; _Сгн6он
I	нх>+--------------
СН,СООС2Н3 2) Нз°
с/соос2н5
СвН5/ ХСН2СООН
(90 %)
Поскольку в процессе реакции происходит гидролиз одной из
карбэтоксильных групп, очевидно, что специфичность поведения
диэтилового эфира янтарной кислоты объясняется участием по-
следней в промежуточных стадиях превращения. Был предложен
следующий механизм рассматриваемой реакции (например, кон-
денсация бензофенона с диэтиловым эфиром янтарной кислоты):
е
НС^-С^ / ХОСгН5	I	\ Нз?	(СН3)3СОК , 0 ,СН2 О СН2	(СНз)зСОН	Y 4Z	\ с	ос2н ОС2Н3 О II Z (СвН3)2 С	СН-С-ОС2Н3 (СвН5)2 С- о- . |	о, сн2 с	-оу ^OCjHg (СвН5).2 с—сн—cZ 4- С2Н5О	|	|	\ 0 сн2 'с/	ЮС2Н5 + (СвН5)2СО^ ^5 0 Z 	СН—С— ОС2Н5^ сн2 /с\ 0 ос,н6
224
CaH5O(-CaHtOH)
'CjHjOH (—_СгН5О-)
е
О сн2 ос,н5
с
о
(С,Н5)2 С=С-СООС2Н5	(Свн5)2 С=С-СООС3Н5
I	1*3'“'	|
сн2	сн,соон
Конденсацию обычно катализируют этилатом натрия, трет.-бу-
тилатом калия или гидридом натрия (растворители — эфир, бен-
зол или спирты, алкоголяты которых использовались в реакции).
В реакции Штоббе можно применять только те алифатические
альдегиды, которые не слишком легко вступают в самоконденса-
цию (катализаторы — трет.-бутилат калия или гидрид натрия1):
(СН3)2СНСНО +
СН2СООС2Н51) (СНз)зСОК
I	6(СН3)3СОН; 83
СН2СООС2Н52’ Нз°+
в
о
-> (СН3)2 СНСН=С—СООС2Н5
СН2СООН
(85 о8)
н-СпН23СНО ~
СН2СООС2Н5NaH в С<Н8. 40„
СН2СООС2Нб2) Нз0+
-» н-СиН23СН=СНСООС2Н5
СН2СООН
(55 %)
1 При конденсации альдегидов с диэтиловым эфиром янтарной кислоты об-
разуются оба возможных геометрических изомера полуэфира алкилиденянтариой
кислоты, т. е.
R.	XOOQH,	Н /COOQH,
и рС=С^
Н/	^СН2СООН	ХСН2СООН
225
На примере бензальдегида было установлено, что в случае
ароматических альдегидов реакция также идет по указанной схе-
ме:
СвН6СНО +
CH2COOC2HS1) CgHsONa; в (QH^O
I	______35е; Зч____
CH.COOQH,2) Нз°+
СвНБСН=С—COOQHj
I
СН2СООН
При пониженных температурах и более продолжительном вре-
мени реакции образуется дибензилиденовое производное. Счита-
ют, что это объясняется участием в реакции эфира параконовой
кислоты (Л1), более реакционноспособного, чем полуэфир бензи-
лиденянтарной кислоты и устойчивого в мягких условиях:
СНгСООСоНг .	„ р...
С Н СНО 4- I	CaH5ONa_____
СН2СООС,НБ в (CjHs)’-0; " 10°
3 дня
-> СвН6СН— CHCOOQH/ С|,Н5СН0
О сн2
С«н5?^ <fxCooc2H5_____
хс=снс6н5
с
свн5сн=с—соос2н5
-о. 1=сис6н5
о
(35%)
Сказанное подтверждается тем, что лактоны JIi и Л2 удалось вы-
делить и охарактеризовать.
Аналогично бензойному альдегиду ведет себя пиперонал
Н2С—/	—СНО. Другие замещенные бензальдегиды дают •
О-СН2
224
удовлетворительные выходы продуктов конденсации практически
только в реакции с эфирами а-алкилиденянтарных кислот, напри-
мер:
/СООСгНв
ХС.Н4- СНО + (СН8)2 С=С	2ТКзО*°Н
СН2СООС2Н5
(СН3)2 С=С—соон
С=СНвН4Х
Н^О-с"
X = o-NO, (75 %), n-NO2 (80 %),
jw-NO2 (85 %), o-CH30 (60 %).
Как видно из приведенных выше уравнений, симметричные ке-
тоны должны давать при конденсации единственный продукт ре-
акции— полуэфир алкилиденянтарной кислоты (цис-, транс-изо-
мерия не должна проявляться). Это справедливо для симметрич-
ных кетонов, не имеющих а-водородных атомов, например для
бензофенона. Однако алкилиденовые производные, полученные из
кетонов иного строения особенно циклических (циклопентанон,
циклогексанон, а-тетралон и др.), претерпевают изомеризацию, в
процессе которой этиленовая связь переходит в 0, у-положение
(аналогичное явление в случае альдольно-кротоновой конденса-
ции описано выше). Например:
СН3
(СН3)2 С=С—СООО,Н5 -> СН2=С—СНСООС,Н5
СН2СООН	СН2СООН
=С—СООС,Н5
СН2СООН
—СН—СООС2Н
СН2СООН
Часто эта изомеризация происходит при гидролизе полуэфиров до
свободных кислот.
В случае дибензилкетона образуется исключительно 0,у-непре-
дельное соединение:
227
(CeH5CH2)2CO +
CHijCOOQFL 1) CaHjONa
।	8 в (Q.H5)2O; 5°
CH2COOC2H5 2) Нз°+
CeHs—CH2
C.H5CH =C—CHCOOC2H5
CH2COOH
(50 %)
Изомеризация этого типа наблюдается также при конденсации
диэтилового эфира янтарной кислоты с жирноароматическими ке-
тонами.
Как правило, конденсация кетонов происходит со значительно
более высокими выходами при замене катализатора — этилата нат-
рия— на трет.-бутилат калия и проведении реакции в трет.-бута-
ноле. Так, выходы алкилиденовых производных составляют соот-
ветственно для ацетона 55 и 9'2%, циклогексанона — 37 и 84%,
бензофенона — 58 и 90%.
Приведенный материал показывает, что конденсация альдеги-
дов и кетонов с диэтиловым эфиром янтарной кислоты позволяют
получать полифункциональные органические соединения со слож-
ным углеродным скелетом, которые могут служить исходными ве-
ществами для самых разнообразных синтезов. В качестве примера
рассмотрим синтез у- (р-нафтил)-валериановой кислоты из р-аце-
тилнафталина:
СНоСООС2НБ
СН3СОС10Н7-р-% |
СН2СООС,Н5
1) (СНз)зСОК
2) Н3О+
сн3
Р-С10Н7С=С—COOQHs ->
сн2
НО—
о
НВг
в СНзСООН
СН3
р-С10Н7—С—СНСООН ->
о сн2
о
228
NaOH
----->-
нагревание
-С02
СН3
> р-С10Н7-С-СН2-^
о сн2
сн3
₽-С10Н7—C-CH2CH2Cf
|	xONa
ОН
сн3
₽-С10Н7СНСН2СН2СООН
Синтез глицидных эфиров
Как было показано ранее, сложные эфиры карбоновых кислот
склонны к енолизации в меньшей степени, чем альдегиды и кето-
ны. Этим, в частности, объясняется тот факт, что при конденсации
с кетонами они выступают в качестве карбонильных компонентов,
проявляя ацилирующие свойства. По-иному ведут себя в той же
реакции эфиры а-галогензамещенных кислот. Как показал в 1904 г.
Дарзан, последние при конденсации с альдегидами и кетонами в
присутствии оснований играют роль метиленовых1 компонентов.
По-видимому, это связано с тем, что введение электроотрицатель-
ного атома галогена к а-углеродному атому сложного эфира при-
водит к увеличению протонной подвижности а-водорода, благода-
ря чему под действием оснований соответствующий енолят-анион
(Л1) образуется с большей легкостью:
Hal OR'
Hal
-^^r-Lc-or-
o-
M
Последний, реагируя как нуклеофил с альдегидом или кетоном,
дает алкоголят-анион (Д), переходящий далее с выбросом гало-
ген-аниона в эфир этиленоксидкарбоновой кислоты (глицидный
эфир), являющийся конечным продуктом превращения:
1 Определения понятий «метиленовый» и «карбонильный» компоненты даны
в разделе, посвященном конденсации альдегидов и кетонов.
229
В реакции обычно используются метиловые или этиловые (R=
= СНз или С2Н5) эфиры хлорзамещенных уксусной, пропионовой
и масляной кислот (Hal = Cl; R = H, СН3, С2Н5), а в качестве
конденсирующего агента — этилат натрия, амид натрия, трет.-бу-
тилат калия.
Как правило, глицидные эфиры получаются по указанной схе-
ме с хорошими выходами из большинства кетонов. Соответствую-
щие глицидные эфиры из алифатических альдегидов образуются
с низкими выходами (20—30%):
RCHO+R'GHCOOQHs ^H5°Na^
Cl
R R'
С —C +C2H5OH+NaCl,
н'/ЧЬ/Ч’СООС2НБ
R-H, R'=CH3; R=CH3; R'= H;
R=C2H5, R' = H; R=u30-C4H9, R'=CH3.
В случае простейших алифатических кетонов в качестве кон-
денсирующего агента чаще всего использовался амид натрия:
R	R
\:= О - СН2СООС2Н5^^-^ С—CH—COOC.,H5+NH3+NaCl,
R^ Cl
R=R'=CH3(59%); R = CHS, R'=5=C2HS(35%);
R=CH3, R'—h-C3H7(50%); R=R'=C2H5(50%).
230
Из циклических кетоиов наиболее подробно изучено поведение
в рассматриваемой реакции циклопентанона и циклогексанона.
Циклопентанон образует соответствующие глицидные эфиры с бо-
лее низкими выходами, чем циклогексанон:
C2HjONa
+ R—CHCOOC2Hj —-------
Cl
Г С----С—СООС7Н5 + С2Н5ОН + NaCl
м-1, R=H (41%); я=1,. R* СН3 (35%);
я = 2, R = H(68%); я “2, R = СН3 (85%).
На примере циклогексанона было показано, что хорошие ре-
зультаты дает использование в качестве катализатора трет.-бути-
лата калия (n=2; R=CH3; выход 95%).
Из - ароматических альдегидов, не содержащих в ароматиче-
ском ядре группировок, чувствительных к действию сильных осно-
ваний, глицидные эфиры получаются обычно с достаточно высо-
кими выходами:
ХС.Н4—CHO+RCHCOO^Hj^^-^
С1
R
->XCeH4—СН—+C2HsOH+NaCl,
Хсоос2н6
X = H, R —Н(54%); Х=Н, R = CH3(70%);
Х=/г-СН8О, R=CH8(80%); Х=о-С1, R=CH8(70%);
Х=п-СН8, R=CH8(56%).
В ряде случаев (Х=Н и n-CH3O; R = H) оказалось, что ис-
пользование метиловых эфиров а-хлорзамещенных кислот и в ка-
честве катализатора — метилата натрия позволяет повысить выхо-
ды глицидных эфиров из ароматических альдегидов до 90%.
Жирноароматические кетоны превращаются в глицидные эфи-
ры, как правило, без осложнений и с вполне удовлетворительными
выходами:
231
Ar
CaHsONa
C=0+ R' CHCOOQjHj--------
R
Cl
R R'
->• ArC — CCOOC2H5+C2H5OH+NaCl,
О
Ar=CeH5, R=CH3, R' = H(65%);
Ar=CeH5, R-=CH3, R'=CH3(35%);
Ar=CeHB, R=CeH5, R'=H(75%);
Ar— n-C2H5CgH4, R=CH3, R' = H(60%);
Ar=a-C10H7, R=CH3, R' = H(45%);
Ar-n-CH3C6H4) R=CH3, R'=-H(65%).
Глицидные эфиры находят широкое применение как исходные
вещества для разнообразных синтезов. Одним из важнейших на-
правлений их использования является синтез альдегидов и кето-
нов, содержащих на один атом углерода больше, чем исходное
карбонильное соединение. Как видно из общей схемы, такое пре-
вращение осуществляют гидролизом эфира и последующим декар-
боксилированием глицидной кислоты:
R	R"
1) NaOH+H2O
/ \/\ 2) Нз°+
R' О COOR"'
R
ХСН-С—R" или
/	II
R'	О
R R"
Хс—С^
rZ ///zooh
R
R'—С—СНО
RZ
В качестве примера приведем синтез гидратропового альдегида
из ацетофенона:
Г” _ r\ ’ r*LJ	и INdlNna
С - О-r- СН2СООС2Н5_^Нз -LjsjaCi
сн/ С1
232
С СНГТМТС Т4 0 NaOH! 40°
/Чч/МСии'''2Н5 2)Н3О+НС1.
сн3х О
(64%)
Свн5	сн3
\ — СНСООН перегР^ий пар^ CeH^HCH0
сн^
(60%)
В некоторых случаях глицидные эфиры можно сначала терми-
ческой изомеризацией переводить в эфиры альдегидо- или кетоно-
кислот, которые в случае надобности легко использовать для
дальнейших синтезов. Так, например, этиловый эфир р,р-дифенил-
глицидной кислоты, получаемый из бензофенона и этилового эфи-
ра хлоруксусной кислоты при перегонке изомеризуется в эфир
дифёнилпировиноградной кислоты, который без труда можно пере-
вести в дифенилуксусный альдегид:
с,н/с=0+,|Н*а'0СЛ -сА5С*.сг-
С1
свнБХ
—снсоос,нБ нагР °аиие -*
тт Z к ✓
о
-^(СвНБ)2СНСОСООС2Н5 P^gH + HaO-------- (С н ) СНСНО;
' 6	i 5 2) НзО+; 3) нагревание —СО2 v 6 °’-
Нагревание этилового эфира р-фенилглицидной кислоты, при-
готовленной из бензальдегида и этилового эфира хлоруксусной
кислоты, приводит к перегруппировке (перемещается фенильный
радикал) и образованию этилового эфира полуальдегида мало-
новой кислоты:
СНО
СвНБСН—СНСООС2НБ	СвНБСН
'q/	'Хсоос.,н5
233
Значение рассматриваемой реакции как синтетического метода
еще более увеличилось, когда оказалось, что в нее можно вводить
а-хлорзамещенные и непредельные кетоны:
СвНБСНО + СН2СОСН3	СвНБСН- СНСОСНз
С1	'с/
СвНБСНО + СН2СОСвНБ	СвНБСН—СНСОСвНБ
С1 -	Y
(сн8)2с=снссн3 + сн2соос(снэ)з - (снз)зсок/(снз)зсон, 10° _>
II	I	/в
О	С1
сна
9
->• (СН3)2 С=СН—С—СНСООС (СН3)3
'о'7
ГЛАВА IV
Конденсации с участием
карбонильных соединений —
один из важнейших синтетических методов
органической химии
(заключение)
Реакции, сопровождающиеся усложнением углеродного скеле^
та, т. е. конденсации, весьма характерны для карбонильных со-
единений и, конечно, не ограничиваются описанными выше
превращениями. Помимо последних известно много примеров
использования реакционной способности карбонильной группы в
альдегидах, кетонах и сложных эфирах для синтеза соединений
с различным углеродным скелетом. Большинство из них, как и
рассмотренные ранее, основаны на полярности карбонильной
группы и ее способности к поляризации.
Реакции, обусловленные полярностью карбонильной группы.
Поскольку речь идет о реакциях, сопровождающихся образова-
234
яием новой углерод-углеродной связи, в превращении в этом слу-
чае должна участвовать такая нуклеофильная частица, которая
могла бы атаковать углерод карбонильной группы своим углерод-
ным фрагментом, как это, например, имело место при атаке кар-
бонильной группы альдегидов, кетонов и сложных эфиров енолят-
анионами.
Простейшие примеры такого превращения для альдегидов и
кетонов — циангидринный синтез (подробнее см.: Агроно-
мов А. Е. Избранные главы органической химии. М., Изд-во
Моск, ун-та, 1975, с. 164), а также получение ацетиленовых спир-
тов и гликолей из ацетилена (см.: Несмеянов А. Н., Несмея-
нов Н. А. Начала органической химии. М., «Химия», 1974, с. 265).
Частица, способная реагировать с альдегидами и кетонами,
может быть генерирована и из хлороформа:
СН3
(СН3)2 СО + СНС13	СН3ССС13
ОН
п-С1СвН,СНО 4- СНС13	п-С1СвН4СНСС13
8 4	'	3 2) Н2О	8 4 |
ОН
Широкр используются для конденсации с альдегидами и кето-
нами алифатические нитросоединения, которые играют в этом слу-
чае роль метиленовых компонент (реакция катализируется осно-
ваниями; см.: Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. Начала
органической химии. М., «Химия», 1974, с. 204).
По активности карбонильной группы сложные эфиры заметно
уступают альдегидам и кетонам и по этой причине, как правило,
неспособны вступать в перечисленные выше реакции, в том числе
и конденсироваться с нитросоединениями. Однако диэтилоксалат,
обладающий наиболее активной по сравнению с обычно исполь-
зуемыми сложными эфирами карбонильной группой (см. с. 191),
оказался способным к конденсации с о-нитротолуолом (формаль-
ный винилог нитрометана):
СН8
/\/
(л
no2
। г1 u rv tj 11 CjjHsONa
-J-C^HjOC СОС2Н52уу^
О о
СН2СООН
(50%)
235
Как показал Перкин на примере конденсаций ароматических
альдегидов с ангидридами жирных- кислот, последние, также в
определенных условиях могут играть роль метиленовых компонен-
тов (см.: Агрономов А. Е. Избранные главы органической хи-
мии. М., Изд-во Моск, ун-та, 1975, с. 168). Синтез коричных кис-
лот по Перкину, а также синтез кумаринов, основанный на ука-
занной реакции, широко используется в синтетической практике.
Не менее распространенной является также реакция Кнёвена-
геля, в которой альдегиды и кетоны при катализе основаниями
конденсируются с играющими роль метиленового компонента со-
единениями общей формулы X—СН2—Y, где оба заместителях и Y)
обладают электроноакцепторными свойствами (см.: Агро-
номов А. Е. Избранные главы органической химии. М., Изд-во
Моск, ун-та, 1975, с. 157). К реакциям рассматриваемого типа
можно также отнести взаимодействие альдегидов, кетонов и слож-
ных эфиров с магнийорганическими соединениями, достаточно
подробно обсуждаемое в большинстве учебников и учебных руко-
водств по органической химии, а также конденсации с нитрилами,
циклопентадиеном и его аналогами, фенолом, пиколинами, реак-
цию Виттига и ряд других превращений.
Реакции, обусловленные способностью карбонильной группы
к поляризации. Как отмечалось, карбонильная группа в альдеги-
дах и кетонах под действием агентов кислого характера поляри-
зуется; при этом существенно усиливаются электрофильные свой-
ства карбонильного атома углерода. Благодаря этому становится
возможным проводить конденсации альдегидов и кетонов даже с
очень слабыми нуклеофилами. Из реакций такого рода наиболее
подробно изучены конденсации альдегидов и кетонов с соедине-'
ниями ряда бензола, не содержащими в ароматическом ядре
электроноакцепторных заместителей.
Так, при нагревании фенола с избытком формальдегида или
ацетона в кислой среде образуются соответственно линейный по-
лимер, имеющий практическое значение (так называемый «ново-
лак»), и 2,2-бис- И'-оксифенил) пропан — исходное вещество для
получения пластмасс повышенной теплостойкости (см.: Несмея-
нов А. Н., Несмеянов Н. А. Начала органической химии. М.,
«Химия», 1974, с. 111, 112).
Бензальдегид, устойчивый к действию концентрированной сер-
ной кислоты, можно в присутствии последней конденсировать с
бензолом, получая таким образом трифенилметан. Реакция идет
как обычное электрофильное замещение в ароматическом ядре.
Реакции этого типа широко используются при получении трифе-
нилметановых красителей и фталеинов (см.: Несмеянов А. Н.,
Несмеянов Н. А. Начала органической химии. М., «Химия»,
с. 198, 202).
Усиление электрофильных свойств карбонильного углерода в
ацетоуксусном эфире под действием кислотного катализатора бы-
ло использовано для синтеза 7-окси-4-метилкумарина:
236
{нЧ
CH3CCH2COOC2HS (jjy—2)
сн3—с—CH2COOC2H5
На примере формальдегида было показано, что электрофиль-
ные свойства карбонильного углерода под действием кислых аген-
тов могут быть настолько усилены, что он становится способным
атаковать двойную углерод-углеродную связь в алкенах. Как по-
казал Принс, эта реакция для самого этилена идет с трудом и
легче — для замещенных этиленов. Общая схема превращения
может быть представлена следующим образом:
СН2О + [Н+] СН2=0—Н ~ СН2—О— н
сн2—о—н +
с—сн2он
с—сн2он->
он
Н2О
-[Н+]
СН2О [Н+]
-нао
1,3-диоксан
Из 1,2-дизамещенных этиленов получаются преимущественно»
1,3-диолы. Чаще всего используется 40%-ный водный раствор па-
раформальдегида (формалин):
237
с2нб
сн
СН3СН2СН=СНСН2СН3	->С2Н5-СНХСН2
КипЦ* 1I2OVJ4	।	।
ОН он
(45%)
Монозамещенные или 1,1-дизамещенные этилены превращают-
ся в соответствующие 1,3-диоксаны:
свн5 сн2
C.H,CH=CHS	нУХн,
О О
О1,
(80%).
СН3	СН3/ СН2
Wc-ch, „дгЕХ ,00b—н,с,VхСН,
о о
сн2
(85%)
Весьма интересна конденсация а-пиколинов с альдегидами, по
механизму напоминающая конденсацию альдегидов или кетонов
в кислой среде; при этом роль метиленового компонента играет
«-пиколин:
+[Н+] УЧ.	- [н 1 н н ("1	-Н2О 	” 1 >A-CH2—CHR		 1 N	Ан	f L. >==сн2SH * s> > J—CH=CHR Si
238
- Как отмечалось ранее, ацилирование кетонов в присутствии
оснований осуществляется сложными эфирами. При использова-
нии агентов кислого характера как катализаторов та же реакция
может быть проведена с помощью ангидридов кислот. В качестве-
примера приведем синтез ацетилацетона из ацетона и уксусного
ангидрида:
СН3
CH8CCHS Т-^СН3С=СН2 + С=О-^
II	—I*1 J	I	I
О	0	0+
BF3 BF3 С-СН3
—• СН3СОСН2СОСН3 + BF3OCOCH3.
(80%)
Таким образом, конденсации с участием карбонильных соеди-
нений подчиняются общим закономерностям и дают весьма широ-
кие возможности построения углеродного скелета органических,
молекул.
ПРИМЕРЫ СИНТЕЗОВ
Бензилидендиацетофенон
ОН2СОСвН5
СвН6СНО+2СН8СОСвН5^^.СвН5СН	+ Н20.
ЧСН2СОСвНБ
В круглодонной колбе емкостью 250 мл, снабженной двурогим
форштоссом с капельной воронкой и обратным холодильником,
смешивают 10,5 г бензальдегида, 30 г ацетофенона и 100 мл спирта,
и, нагрев смесь на кипящей водяной бане, добавляют из капель-
ной воронки в течение 15 мин 25 мл 40%-ного раствора NaOH.
Затем удаляют баню, дают реакционной смеси охладиться до ком-
натной температуры и выливают ее в стакан емкостью 1 л, содер-
жащий 500 мл воды. Выпавший осадок отсасывают и перекри-
сталлизовывают сначала из минимального объема спирта, а за-
тем — из минимального количества смеси равных объемов спирта
и уксусной кислоты до тех пор, пока полученный .препарат при
растворении в конц. H2SO4 не будет давать бесцветный раствор..
Выход бензилидендиацетофенона около 15 г (45% от теоретиче-
ского, считая на взятый в реакцию бензальдегид); т. пл. 85°.
239
6,6-Дикарбэтоксибицикло-(2 J. 1 )-гептен-2
(аддукт метиленмалонового эфира
и циклопентадиена)
(c2h.5)2nh
-Н2О
Л?ООС2Н5
сн2=<<
хюос2н?
.СООС2Н5
«сн20 + н2с<
2 \соос2н5
СООС2Н5
СООС2Н5
Метиленмалоновый эфир
В круглодонную колбу емкостью 100 мл помещают 20 г мало-
нового эфира, 10 г 40%-ного раствора формалина и 1 г диэтила-
мина и нагревают 3 ч на сильнокипящей водяной бане. Затем
нижний слой отделяют, добавляют 0,1 г твердого едкого кали и
перегоняют в вакууме из колбы Кляйзена без дефлегматора. Со-
бирают фракцию с т. кип. 160—163° (7 мм). Полученный метилен-
малоновый эфир полностью заполимеризовывается на следующий
день. Полимер промывают эфиром. Получают 15 г (70% от тео-
ретического) аморфного порошка с т. пл. 154—156°. В некоторых
случаях полимер метиленмалонового эфира не затвердевает. Од- -
нако и из такого полимера, как и из порошкообразного, деполи-
меризацией (нагревание с отгонкой) легко может быть получен
мономер.
6,6-Д икарбэтоксибицикло- (2.2.1) -гептен-2
(аддукт метиленмалонового эфира
с циклопентадиеном)
В колбу Вюрца на 50 мл с низким отводом помещают 15 г
полимера метиленмалонового эфира (синтез см. выше) и присоеди-
няют колбу к воздушному холодильнику, снабженному алонжем,
погруженным в коническую колбочку, содержащую 15 мл абсолют-
ного бензола (конец алонжа в жидкости) и —0,1 г гидрохинона.
Горло колбы Вюрца закрывают пробкой с отводом, доходящим до
дна колбы, и через этот отвод заполняют прибор азотом. Быстро
заменяют пробку с отводом пробкой с термометром и нагреванием
до 220—240° (в реакционной смеси) деполимеризуют полимер ме-
тиленмалонового эфира, отгоняя образовавшийся мономер в кол-
бочку с бензолом.
Затем к бензольному раствору деполимеризованного метилен-
малонового эфира прибавляют 10,5 г циклопентадиена (получение
из димера см.: Агрономов А. Е., Шабаров Ю. С. Лаборатор-
ные работы в органическом практикуме. М., «Химия», 1974, с. 210)
240
и нагревают смесь с обратным холодильником на кипящей водя-
ной бане 4 ч. По окончании нагревания бензол отгоняют, а остав-
шееся масло перегоняют в вакууме. Выход аддукта ~13 г (60%
от теоретического); т. кип. 128—130° (10 мм); Пд 1,4680.
Диэтиловый эфир фенилмалоновой
кислоты
СООС2Н5
СвНБСН2СООС2 НБ + (СООС2НБ)2^^->- СвНБСН	-»
\:осоос2н5
СООС2НБ
перегонка ~ u
___(2Q '-'вСЦСН
^COOQH,
В трехгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную мешалкой,
капельной воронкой и обратным холодильником, закрытым проб-
кой с хлоркальциевой трубкой, помещают 75 мл абсолютного
спирта и постепенно вносят небольшими кусками 4,1 г свежена-
резанного и тщательно протертого фильтровальной бумагой (для
удаления керосина) металлического натрия (порядок обращения
с металлическим натрием см.: Агрономов А. Е., Шаба-,
ров Ю. С. Лабораторные работу в органическом практикуме. М.,
«Химия», 1974, с. 278). Когда весь натрий прореагирует, раствор
охлаждают до 25—30° и при интенсивном перемешивании добав-
ляют из капельной воронки непрерывной струей сначала 25 г ди-
этилоксалата (синтез см.: Юрьев Ю. К- Практические работы
по органической химии, вып. I/II. М., Изд-во Моск, ун-та, 1964,
с. 181), а затем тотчас же 25 г этилового эфира фенилуксусной
кислоты (синтез см.: Синтезы органических препаратов, сб. I. М.,
ИЛ, 1949, с. 557). Реакционная смесь постепенно загустевает и
через 1 ч мешалка останавливается. .
На следующий день прибор разбирают, извлекают из колбы
продукт конденсации и вносят его небольшими порциями при ин-
тенсивном перемешивании в стакан емкостью 500 мл, содержащий
смесь 175 мл воды и 5 г конц. H2SO4. По мере растворения нат-
риевого производного постепенно добавляют еще 4,5 г конц. H2SO4,
.следя за тем, чтобы образовавшийся раствор приобрел слабокис-
лую реакцию по конго. По окончании подкисления содержимое
стакана переносят в делительную воронку, дают жидкости рас-
слоиться, отделяют нижний слой, а верхний (водно-спиртовой)
•3 раза экстрагируют эфиром (порциями по 50 мл). Эфирные вы-
тяжки соединяют с отделенной раньше основной частью вещества
и высушивают прокаленным сульфатом магния.
241
Высушенный эфирный раствор помещают (не весь сразу; об
отгонке растворителя из вытяжек см.: Агрономов А. Е., Ша-
ба р о в Ю. С. Лабораторные работы в органическом практикуме.
М., «Химия», 1974, с. 46) в колбу Кляйзена емкостью 150 мл и
отгоняют эфир на водяной бане. Собирают прибор для перегонки
в вакууме, включают водоструйный насос и, внимательно наблю-
дая за поведением жидкости в колбе (если эфир отогнан недо-
статочно полно, жидкость может перебросить!), перекрывают кран,
соединяющий прибор с атмосферой.
Колбу медленно нагревают на масляной бане (эта стадия син-
теза проводится под тягой!). При температуре 80—90° (в парах)
начинается отщепление оксида углерода (вспенивание, увеличение
•остаточного давления). Температуру бани поддерживают в интер-
вале 170—180°. (При более высокой температуре отщепление ок-
сида углерода идет слишком бурно, и продукт реакции может
леребросить.) Когда выделение оксида углерода- прекратится, тем-
пературу бани повышают до 200° и отгоняют образовавшийся
этиловый эфир фенилмалоновой кислоты, собирая фракцию с
т. кип. 160—168° (20 мм); пр 1,4965. Выход составляет около 25г
(70% от теоретического).
Инд анд ион-1,3
СООС2Н5
СООС2Н5
СН3СООС2Н5
Натриевая соль этилового эфира
индандион-1,3-карбоновой-2-
кислоты
В трехгорлую колбу емкостью 150 мл, снабженную мешалкой,
капельной воронкой и обратным холодильникбм помещают 3 г
тонкоизмельченного натрия (приготовление и перенесение в реак-
ционную колбу см.: Агрономов А. Е., Шаба ров Ю. С. Лабо-
раторные работы в органическом практикуме. М., «Химия», 1974,
с. 107) и 15 г (13,5 мл) диэтилфталата (синтез см.: ЮрьевЮ.К.
Практические работы по органической химии, вып. I/II. М., Изд-во
Моск, ун-та, 1964, с. 182), включают мешалку и нагревают реак-
ционную смесь на масляной бане до 110°. Затем прекращают на-
гревание и при интенсивном перемешивании добавляют из капель-
ной воронки 13,5 г (15 мл) сухого этилацетата (приготовление см.:
Агрономов А. Е., Шабаров Ю. С. Лабораторные работы в
242
органическом практикуме. М., «Химия», 1974, с. 107), следя за
тем, чтобы реакционная смесь все время кипела.
 Для завершения реакции снова нагревают масляную баню до
110°, продолжая перемешивание. Через 15—20 мин нагревание
прекращают, загустевшей желтоватой реакционной массе дают
охладиться до 75°, добавляя постепенно из капельной воронки
25 мл этанола и нагревают при 90° 30 мин. После этого удаляют
баню и содержимому колбы дают охладиться до комнатной тем-
пературы. Полученную натриевую соль этилового эфира индан-
дион-1,3-карбоновой-2 кислоты отфильтровывают с отсасыванием
на фильтре\С пористым дном (№ 2), промывают тремя порциями
по 10 мл этилового спирта и высушивают между листами фильт-
ровальной бумаги. Выход неочищенной соли —-23 г. Ее можно
перекристаллизовать из горячей воды.
Индандион-1,3
В трехгорлую колбу емкостью 500 мл, снабженную мешалкой»,
обратным холодильником и капельной воронкой, помещают 17 г
-полученной ранее натриевой соли этилового эфира индандион-
1,3-карбоновой-2 кислоты и 325 мл воды. При перемешивании на-
гревают смесь до образования гомогенного раствора и добавляют
в течение 1Д—20 мин из капельной воронки, продолжая интен-
сивное перемешивание, смесь 23 мл конц. НС1 и 50 мл воды. Пе-
ремешивание продолжают еще 5 мин и горячую реакционную
смесь фильтруют через вату в стакан, охлаждаемый ледяной во-
дой, выдерживают 2 ч во льду, затем отсасывают на воронке
Бюхнера выпавшие слабоокрашенйые кристаллы индандиона-1,3
и высушивают их на воздухе. Выход ~5 г (50% от теоретическо-
го); т. пл. 130—131°.
Халконы
АгСОСНз 4- Аг'СНО —ArCOCH=СНАг'
3 ‘	вода. CjjHjOH
В стакане емкостью 200 мл растворяют 6,8 г едкого натра в--
55 мл воды, добавляют 35 мл этанола и, охладив полученный рас-
твор до 20°, помещают его в трехгорлую колбу емкостью 250 мл,,
снабженную механической мешалкой, капельной воронкой и об-
ратным холодильником. Затем вносят 0,12 моля кетона, включают
мешрлку II при энергичном перемешивании быстро добавляют из
капельной воронки 0,12 моля альдегида. Реакционную смесь пере-
мешивают при комнатной температуре в течение 1 ч й оставляют
до следующего дня.
Если выпавший осадок закристаллизовался, его отсасывают на
воронке Бюхнера и промывают на фильтре водой до тех пор, пока
промывные воды не будут давать нейтральную реакцию (pH Т
243
по универсальной индикаторной бумажке). Полученный халкон
очищают перекристаллизацией из минимального количества
спирта.
Если выпавший осадок представляет собой масло, его отделя-
ют! на делительной воронке и выливают в стакан, содержащий
150—200 мл холодной воды. В том случае, когда полученный хал-
кон закристаллизовывается, поступают, как описано выше. Если
же кристаллизация не наступает, халкон экстрагируют эфиром
(тремя порциями по 40 мл) и промывают соединенные эфирные
вытяжки водой (порциями по 30 мл) до тех пор, пока pH про-
мывных вод не станет равным 7 (по универсальной индикаторной
бумажке). Затем высушивают эфирный раствор хлористым каль-
цием, отгоняют эфир, а остаток перекристаллизовывают из спирта
(если он закристаллизовался) или перегоняют в вакууме, если он
и в этом случае остался маслообразным. Выходы во всех случаях
составляют 90—95% от теоретического. Сведения о получаемых
по описанной выше методике халконах (значения Аг, Аг' и т. пл.)
приводятся ниже: СбН3, СбН3, 51—54°; CgHs, п-СН3ОСбН4, 184°;
n-FC6H4, m-FC6H4, 100°;	2,4,6-(CH3)3C6H2,	C6H5,	67°;
2,5-(СНз)2С6Н3, С6Н5, 52-53°; С6Н5, м-ВгС6Н4, 126°; м-СН3ОС6Н4,
л-СН3ОС6Н4, 101°; п-СН3С6Н4, п-СН3С6Н4, 127°; п-СН3С6Н4, С6Н5,
72°; С6Н5, n-(CH3)2NC6H4, 112,5°.
+ сн3сос1
Циклогексилстирилкетон
СбНдСНО
NaOH
--2—С—СН=СН—CSHS
О
Ацетилциклогексан (синтез ведут под тягой!). В трехгорлую
полбу емкостью 100 мл, снабженную мешалкой и обратным холо-
дильником с хлоркальциевой трубкой (третье горло закрыто проб-
кой), помещают 5 г циклогексена (синтез см.: Синтезы органи-
ческих препаратов, сб. I. М., ИЛ, 1949, с. 509), 4,7 г хлористого
ацетила и 13 мл циклогексана. Смесь охлаждают в бане со сне-
гом и солью до —15° и при интенсивном перемешивании посте-
пенно вносят через третье горло (периодически открывая и закры-
вая пробку) 15 г безводного хлористого алюминия.
Через 30 мин снимают охлаждение, дают колбе нагреться сна-
чала до комнатной температуры, а затем нагревают ее на водяной
бане (70°) до прекращения выделения хлористого водорода. Отде-
ляют нижний слой и выливают его в стакан емкостью 250 мл,
содержащий 100 г льда. Полученную эмульсию 3 раза (порциями
по 20 мл) экстрагируют эфиром. Эфирные вытяжки высушивают
244
прокаленным хлористым кальцием, отгоняют эфир и остаток пере-
гоняют в вакууме. Получают около 5,5 г (70% от теоретического)
ацетилциклогексана с т. кип. 60° (8 мм) и /гд0 1,4560.
Циклогексилстирилкетон. В стакан емкостью 100 мл, снабжей-
ный мешалкой, помещают 2,2 г едкого натра, 20 мл воды, 12,5 мл
этилового спирта и 5,5 г ацетилциклогексана. Затем, поддержи-
вая температуру в интервале 20—30°, постепенно при перемеши-
вании добавляют из капельной воронки 4,8 г бензальдегида. Пе-
ремешивание при комнатной температуре продолжают 30 мин,
после чего смесь экстрагируют эфиром (тремя порциями по 20 мл).
Объединенные эфирные вытяжки высушивают хлористым каль-
цием, отгоняют эфир и остаток перегоняют в вакууме. Получают
—4,5 г (45% от теоретического) циклогексилстирилкетона с
т. кип. 182—183° (10 мм); т. пл. 68°.
Описания других синтезов по данной теме, а также ссылки на
методики, имеющиеся в доступных руководствах, приведены в
учебном пособии: Агрономов А. Е. и Шабаров Ю. С.
Лабораторные работы в органическом практикуме. М., «Химия»,
1974, с. 98—111.
ЛИТЕРАТУРА
Органические реакции, т. 1 (пер. с англ.). М., «Мир», 1948, с. 345 и 399; т. 4,
.	1951, с. 215 и 229; т. 5, 1951, с. 319; т. 6, 1953, с. 7; т. 8, 1956, с. 90.
Реакции и методы исследования органических соединений, сб. 12. М., ГОНТИ,
1963, с. 7.
Агрономов А. Е. Избранные главы органической химии. М., Изд-во Моск,
ун-та, 1975, с. 119.
Фьюзон Р. Реакции органических соединений. М., «Мир», 1966, с. 420.
СОДЕРЖАНИЕ
ЧАСТЬ Г
диеновый Синтез
| Р. Я. Левина, | В. Р. С кв арче и ко
Введение.............................................  .	.	.	3
Глава I. ДИЕНОВЫЙ СИНТЕЗ (РЕАКЦИЯ ДИЛЬСА — АЛЬДЕРА)	6
Условия реакции диенового синтеза ....................... 6
Компоненты диенового синтеза.......................9
Общие закономерности диенового синтеза............1.9
Конфигурация диенов............................19
«Цис-принцип» .	.	 23
Структурная направленность ......................... 24
Эндо-экзо-орнентация...........................27
О механизме диенового синтеза ........... .	31
Побочные реакции, иногда протекающие при диеновом	синтезе	34
Глава II. РЕАКЦИИ ДИЕНОВОГО СИНТЕЗА .	.	.	38
Ациклические диеновые углеводороды и их производные
в диеновом синтезе.......................................38
Циклические диенойые углеводороды и их производные
в диенозом синтезе.......................................60
Ароматические углеводороды и их производные как диены
в диеновом синтезе.......................................91
Гетероциклические соединения как диены в диеновом син-
тезе ...................................................103
Гетеродиены в	диеновом синтезе..........................121
Глава 111. РЕТРОДИЕНОВЫЙ РАСПАД И ЕГО СИНТЕТИЧЕСКОЕ
ПРИМЕНЕНИЕ......................................................126
Примеры синтезов...................................................135
ЧАСТЬ II
КОНДЕНСАЦИИ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Ю. С. Шабаров
Введение...........................................................141
Глава I. КОНДЕНСАЦИИ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ ...	142
Механизм альдольио-кротоновых конденсаций .	.	.	.	142
Связь строения альдегидов и кетонов с поведением их в
альдольно-кротоновых конденсациях.......................149
Катализаторы, применяемые для конденсации альдегидов
и кетонов .	. .......................................153
Использование альдольно-кротоновых конденсаций для пре-
паративных целей .....’.................................154
Реакции самоконденсации ........................... 154
Конденсации разноименных альдегидов и кетонов	165
Конденсации с участием формальдегида. Реакция
Манниха.........................................166
Конденсации разноименных алифатических альде-
гидов ..........................................170
Конденсации алифатических	альдегидов с кетонами 170
Конденсации с участием ароматических альдегидов.
Бензоиновая конденсация	........ 172
Конденсация разноименных	кетонов .... 180
Глава И. КОНДЕНСАЦИИ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ................................182
Механизм сложноэфирной конденсации. Влияние природы
катализаторов и строения сложных эфиров на ее течение 184
Использование сложноэфирной конденсации в препаратив-
'	иых целях..............................................191
Реакция самоконденсации. Циклизация по Дикмаиу . 192
Конденсация двух различных сложных эфиров . . 197
Ацилоиновая конденсация	..................... 202
Глава III. КОНДЕНСАЦИЯ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ СО СЛОЖ-
НЫМИ ЭФИРАМИ......................................................205
Ацилирование кетонов сложными	эфирами..................205
Механизм реакции. Реагенты	и	побочные процессы .	206
Использование реакции ацилирования кетонов слож-
ными эфирами в препаративных целях..................208
Ацетилирование этнлацетатом.....................208
Ацилирование высшими гомологами этнлацетата .	211
Ацилирование эфирами кислот,	не содержащих
а-водородиых атомов.............................213
Внутримолекулярное ацилирование-циклизация	221
Конденсация эфиров янтарной кислоты с альдегидами
и кетонами.............................................223
Синтез глицидных эфиров ...............................229
Глава IV. КОНДЕНСАЦИИ С УЧАСТИЕМ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕ-
ДИНЕНИЙ—ОДИН ИЗ ВАЖНЕЙШИХ СИНТЕТИЧЕСКИХ
МЕТОДОВ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ (ЗАКЛЮЧЕНИЕ) 234
Реакции, обусловленные полярностью карбонильной группы 234
Реакции, обусловленные способностью карбонильной группы
к поляризации .................................................... 236
Примеры синтезов.................................................	239
| РОЗА ЯКОВЛЕВНА ЛЕВИНА |.
ВАЛЕРИЯ РОМАНОВНА СКВАРЧЕНКО.
ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ ШАБАРОВ
«Практические работы
по органической химии»
выпуск V
Зав. редакцией Н. М. Глазкова
Редактор Л. Н. Лукиных
Мл. редактор Л. А. Шулепина
Художественный редактор
И. Ф. Зыков
Технические редакторы
3. С. Кондрашова,
Е. Д. Захарова
Корректоры
С. С. Мазурская, И. С. Хлыстова
Тематический план 1977 г. № 72
И Б № 245
Сдано в набор 23/11 1977 г. Подписано
к печати 22/XII 1977 г. Л-86517 Формат
60X90V16 Бумага тип. № 3 Усл. печ. л. 15,5
Уч.-изд. л. 14,32 Изд. № 18 Зак. '/4
Тираж 8460 экз. Цена 65 коп.
Издательство Московского университета.
Москва, К-9, ул. Герцена, 5/7.
Типография Изд-ва МГУ.
Москва, Ленинские горы.