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| アルドール縮合 | |||||||||
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| 反応タイプ | 縮合反応 | ||||||||
| 反応 | |||||||||
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| 条件 | |||||||||
| 温度 | +Δ、約100°C [a]
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| 触媒 | − OH または H +
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| 識別子 | |||||||||
| 有機化学ポータル | アルドール縮合 | ||||||||
| RSCオントロジー ID | 受信番号:0000017 | ||||||||
アルドール縮合は、有機化学における縮合反応であり、アルデヒドまたはケトンの2つのカルボニル基が反応してβ-ヒドロキシアルデヒドまたはβ-ヒドロキシケトン（アルドール反応）を形成し、その後脱水反応によって共役エノンを生成します。
全体的な反応式は以下のとおりです（RはHになります）
アルドール縮合は炭素-炭素結合を形成する方法として有機合成や生化学において重要である。[2] [3] [4] [5]
通常の形態では、ケトンエノラートがアルデヒドに求核付加してβ-ヒドロキシケトン、またはアルドール（アルデヒド+アルコール）を形成します。アルドールは多くの天然分子や医薬品に見られる構造単位です。[6] [7] [8]
アルドール縮合という用語は、特に生化学において、アルドラーゼによって触媒されるプロセスの最初の（付加）段階、つまりアルドール反応自体を指すためにもよく使用されます。ただし、最初のステップは小分子の損失を伴わないため、正式には縮合反応ではなく 付加反応です。
機構
この反応の最初の部分はアルドール反応で、2番目の部分は脱水、つまり脱離反応（水分子またはアルコール分子の除去を含む）です。活性化カルボキシル基が存在する場合、脱水は脱炭酸を伴うことがあります。アルドール付加生成物は2つのメカニズムで脱水できます。カリウムt-ブトキシド、水酸化カリウム、水素化ナトリウムなどの強塩基は、生成物をエノラートに脱プロトン化し、 E1cBメカニズムで脱離します[9] [10] 。一方、酸による脱水はE1反応メカニズムで進行します。目的の生成物の性質に応じて、アルドール縮合は、速度論的制御または熱力学的制御の2つの大まかな条件下で実行できます[11]。ケトンとアルデヒドはどちらもアルドール縮合反応に適しています。以下の例では、アルデヒドが使用されています。
塩基触媒アルドール縮合
エノラート中間体と E1CB 脱離を経て起こる、塩基性条件下でのアルドール縮合のメカニズム。
酸触媒アルドール縮合
酸性条件下でのアルドール縮合のメカニズム。エノール中間体と脱離反応を経て起こります。
交差アルドール縮合
交差アルドール縮合は、α-水素を含む2つの異なるカルボニル化合物がアルドール縮合を受けることによって生じる。通常、いずれかのカルボニル化合物が求核剤として作用し、自己縮合が可能であることから、4つの生成物が生成し、合成上役に立たない混合物となる。しかし、化合物の1つにα-水素が含まれず、エノール化できない場合は、この問題を回避できる。アルデヒドとケトンのアルドール縮合では、ケトンのカルボニル炭素は+I効果と立体障害のために高い求電子特性を持たないため、ケトンが求核剤として作用する。通常、交差生成物が主要な生成物である。まず適切な塩基とケトンの混合物を調製し、次にアルデヒドを前記反応混合物にゆっくりと加えることで、アルデヒドからの自己アルドール生成物の痕跡を排除することができる。塩基濃度が高すぎると競合するカニッツァーロ反応を引き起こす可能性がある。[12]
例
ロイヤル・ダッチ・シェルとエクソンが開発したアルドックス法は、プロピレンと合成ガスを、ヒドロホルミル化によるブチルアルデヒド、アルドール縮合による2-エチルヘキサノール、そして最後に水素化を経て2-エチルヘキサノールに変換するプロセスである。[13]
ペンタエリスリトールはアセトアルデヒドと3当量のホルムアルデヒドの交差アルドール縮合からペンタエリスロースを得て、これをカニッツァーロ反応でさらに還元することで大規模に生産される。[14]
範囲
エチル2-メチルアセトアセテートとカンホレニックアルデヒドはアルドール縮合反応を起こす。[15]合成手順[16]はこの種の反応の典型である。この過程では、水に加えて、当量のエタノールと二酸化炭素が脱炭酸反応で失われる。
エチルグリオキシレート 2とグルタコン酸（ジエチル-2-メチルペンタ-2-エンジオエート）1は、ナトリウムエトキシドと反応してイソプレントリカルボン酸 3（イソプレン（2-メチルブタ-1,3-ジエン）骨格）を生成する。この反応生成物は非常に不安定で、最初に二酸化炭素が失われ、その後多くの二次反応が続く。これは、シス-ジエノイド構造中のメチル基とカルボキシル基に起因する立体的歪みによるものと考えられている。[17]
時には、アルドール縮合は、次の例のように、多段階反応や触媒サイクルの中に埋もれることがある。 [18]
この反応では、アルキナール 1 がルテニウム触媒によってシクロアルケン 7に変換され、実際の縮合は中間体3から5で起こります。反応機構の裏付けは同位体標識に基づいています。[b]
メントン（（2 S ,5 R）-2-イソプロピル-5-メチルシクロヘキサノン）とアニスアルデヒド（4-メトキシベンズアルデヒド）の反応は、ケトン基の立体的遮蔽のために複雑である。この障害は、以下の反応で水酸化カリウムなどの強塩基とDMSOなどの非常に極性の強い溶媒を使用することで克服される： [19]
生成物は共通の中間体であるエノラートA を経由してエピマー化し、元の ( S , R ) エピマーと ( R , R ) エピマーを変換することができます。 ( R , R ) 生成物は反応溶媒に不溶性ですが、 ( S , R ) は可溶性です。 ( R , R ) 生成物の沈殿によりエピマー化平衡反応が起こり、これが主生成物として生成されます。
その他の縮合反応
アルドール縮合に似たカルボニル化合物の反応は他にもあります。
- 塩基がアミンであり、活性水素化合物が十分に活性化されている場合、反応はクネーヴェンゲル縮合と呼ばれます。
- パーキン反応では、アルデヒドは芳香族であり、エノラートは無水物から生成されます。
- α-水素を持つアルデヒドまたはケトンとα-水素を持たない芳香族カルボニル化合物との間のクライゼン・シュミット縮合。
- クライゼン縮合には2 つのエステル化合物が関与します。
- ディークマン縮合は、同じ分子内に2つのエステル基を含み、環状分子を生成する。
- ジャップ・メイトランド縮合では、脱離反応ではなく求核置換反応によって水が除去される。
- ロビンソン環化反応にはα,β-不飽和 ケトンとカルボニル基が関与し、アルドール縮合の前にまずマイケル反応を起こす。 [3]
- ゲルベ反応では、アルコールからその場で生成されたアルデヒドが自己縮合して二量体アルコールになります。
参照
参考文献
- ^クライン、デビッド・R.（ 2020年12月22日）。有機化学（第4版）。ホーボーケン、ニュージャージー：ワイリー。p.1014。ISBN 978-1-119-65959-4. OCLC 1201694230.
- ^ スミス、MB; マーチ、J. (2001).上級有機化学（第5版）. ニューヨーク：ワイリーインターサイエンス. pp. 1218–1223. ISBN 0-471-58589-0。
- ^ ab Carey, Francis A.; Sundberg, Richard J. (1993). 上級有機化学パートB 反応と合成（第3版）. ニューヨーク、NY: Plenum. pp. 55. ISBN 0-306-43440-7。
- ^ ウェイド、LG（2005）。有機化学（第6版）。アッパーサドルリバー、ニュージャージー：プレンティスホール。pp.1056–1066。ISBN 0-13-236731-9。
- ^ Mahrwald、R. (2004)。現代のアルドール反応。 Vol. 1、2. ワインハイム、ドイツ: Wiley-VCH。 1218–1223ページ。ISBN 3-527-30714-1。
- ^ Heathcock, CH (1991). CX π結合への追加、パート2。包括的有機合成。現代有機化学における選択性、戦略、効率。第2巻。オックスフォード：ペルガモン。pp. 133–179。ISBN 0-08-040593-2。
- ^ 向山 孝文 (1982). 「指向性アルドール反応」.有機反応. 28 : 203–331. doi :10.1002/0471264180.or028.03. ISBN 0471264180。
- ^ Paterson, I. (1988). 「ホウ素エノラートを用いた新しい非対称アルドール法」.化学と産業. 12.ロンドン: Paterson Group: 390–394.
- ^ Nielsen, AT; Houlihan., WJ (1968). 「アルドール縮合」.有機反応. 16 : 1–438. doi :10.1002/0471264180.or016.01. ISBN 0471264180。
- ^ Perrin, CL; Chang, KL (2016). 「アルドール縮合の完全なメカニズム」J. Org. Chem . 81 (13): 5631–5. doi :10.1021/acs.joc.6b00959. PMID 27281298.
- ^ ケアリー、フランシス A.; サンドバーグ、リチャード J. (1993)。上級有機化学パート A: 構造とメカニズム (第 3 版)。ニューヨーク、ニューヨーク: プレナム。pp. 458。ISBN 0-306-43440-7。
- ^ Sanyal, SN (2003).反応、転位、試薬（第4版）. Daryagunj、ニューデリー：Bharati Bhavan Publishers （ P＆D）。p. 80。ISBN 978-81-7709-605-7。
- ^ アルドックスアルデヒドの段階的水素化によるアルコールUS US3118954A
- ^ Schurink, HBJ (1925). 「ペンタエリスリトール」.有機合成. 4:53 . doi :10.15227/orgsyn.004.0053;全集第1巻425ページ。
- ^ バディア、C.;カストロ、JM。ペンシルバニア州リナレス・パロミノ;サリド、S.アルタレホス、J.ノゲラス、M.サンチェス、A. (2004)。 「(E)-6-(2,2,3-トリメチル-シクロペント-3-エニル)-ヘキサ-4-エン-3-オン」。モルバンク。2004 (1): M388。土井：10.3390/M388。
- ^ 2-メチルアセト酢酸エチル（2 ）をジオキサン中の水素化ナトリウムの撹拌溶液に加える。次にカンホレンアルデヒド（1）を加え、混合物を15時間還流する。次に2N塩酸を加え、混合物をジエチルエーテルで抽出する。合わせた有機相を2N塩酸、飽和重炭酸ナトリウムおよび塩水で洗浄する。有機相を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を減圧下で蒸発させて残渣を得、これを真空蒸留で精製して3（58％） を得る。
- ^ Goren, MB; Sokoloski, EA; Fales, HM (2005). 「2-メチル-(1 Z ,3 E )-ブタジエン-1,3,4-トリカルボン酸」、「イソプレネトリカルボン酸」「有機化学ジャーナル.70 ( 18) : 7429–7431.doi :10.1021/ jo0507892.PMID16122270 .
- ^ Varela, JA; Gonzalez-Rodriguez, C.; Rubin, SG; Castedo, L.; Saa, C. (2006). 「Ru触媒による末端アルキナールのシクロアルケンへの環化」アメリカ化学会誌. 128 (30): 9576–9577. doi :10.1021/ja0610434. PMID 16866480.
- ^ Vashchenko, V.; Kutulya, L.; Krivoshey , A. (2007). 「ヒンダード環状ケトンと芳香族アルデヒドのクライゼン・シュミット縮合のためのシンプルで効果的なプロトコル」。合成。2007 (14): 2125–2134。doi :10.1055/s - 2007-983746。
注記
- ^ 熱は通常、ホットプレートを使用して手動で加えられるか、または- OCH 3 を塩基として使用する場合など、発熱触媒反応によってすでに熱が加えられています。
これにより、2 番目のステップが促進され、水が除去されて反応平衡が脱水メカニズムに有利になり、存在する一時的な付加生成物が最終的な縮合生成物に変換されます。そうしないと、アルドール縮合生成物とともに、大量の不要なアルドール付加副生成物が形成されます。[1] - ^ ルテニウム触媒[CpRu(CH 3 CN) 3 ]PF 6 は、シクロペンタジエニル配位子、3 つのアセトニトリル配位子、および六フッ化 リン対イオンを有し、溶媒 (酢酸) 中の酸性プロトンは、同位体標識のために重水素に置き換えられます。反応条件: 90°C、24 時間。化学収率80% 。最初のステップは、遷移金属カルベン錯体2の形成です。この中間体に酢酸が求核付加してエノラート3を形成し、続いてアルドール縮合して5となり、この段階で一酸化炭素分子が失われて6になります。最後のステップは還元的脱離でシクロアルケンを形成します。
外部リンク
- 有機化学ポータル
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