Взаимодействие нитросоединений с карбонилами в щелочной или кислой среде является по сути альдольной или кротоновой конденсацией, механизм которых уже был рассмотрен в соответствующей главе.
Рисунок 1.
В случае нитрометана можно последовательно использовать для конденсации все три атома водорода:
Рисунок 2.
Третичные нитроалканы с альдегидами и кетонами не взаимодействуют.
Реакция Анри
Реакция Анри (также назаваемая, как реакция нитро-альдольной конденсации) представляет собой классическую реакцию органической химии образования углерод-углеродной связи. Эта реакция была открыта в 1895 году бельгийским химиком Луи Анри (1834-1913), и заключается в сочетании нитроалкана и альдегида или кетона в присутствии основания с образованием $\beta$-нитроспиртов.
Рисунок 3.
Такой тип реакции обычно называют "нитро-альдольной" реакцией (реакцией нитроалкана, альдегида и спирта) И она аналогична реакции альдольной, конденсации которая была обнаружена 23 годами ранее, и которая заключается в сочетании двух карбонильных соединений с образованием $\beta$-гидрокси-карбонила. Реакция Анри широко применяется в органической химии благодаря синтетической полезности ее продуктов, поскольку они могут быть легко преобразованы в другие синтетические промежуточные вещества. Эти преобразования (изображенные на схеме ниже) включают в себя последующее обезвоживание с получением нитроалкенов, окисление вторичного спирта с получением $\alpha$-нитро кетонов, или восстановлением нитро-группы, с получением $\beta$- аминоспиртов:
Рисунок 4.
Механизм реакции Анри
Реакция Анри начинается с депротонирования нитроалкана по $\alpha$-углеродному водороду, в результате чего образуется резонансно-стабилизированный анион. В конденсации принимает участие именно анион нитроалкана, а не карбонильного соединения, поскольку кислотность нитроалканов ($pKa$ ~ 10-17) выше кислотности карбонильных соединений ($pKa$ ~ 20). За этим следует алкилирование нитроалкана с карбонильными соединениям, с образованием диастереомерного $\beta$-нитроспирта. Протонирование алкоксида по ранее протонированному основанию дает соответствующий $\beta$-нитроспирт в качестве продукта:
Рисунок 5.
Важно отметить, что все стадии реакции Анри являются обратимыми.
Эффективными катализаторами реакции Анри являются гидроксиды, алкоксиды и карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов.
Щелочность среды следует тщательно контролировать для того, чтобы исключить альдольную конденсацию карбонильных соединений или реакцию Канниццаро для ароматических альдегидов.
Стереохимия реакции Анри
Из-за целого ряда факторов, в том числе обратимости реакции, а также тенденции к легкой эпимеризации нитро-замещенного атома углерода, как правило, реакция Анри приводит к образованию смеси энантиомеров или диастереомеров. Именно по этой причине, были проведены соответствующие исследования и стереохимии данного процесса.
-
Одной из общепринятых моделей описывающих стереохимию данной реакции, является схема реакции в которой её стереоселективность определяется размерами радикалов $R$ в соединениях (напр. углеродной цепи), а также в переходных состояниях, что сводит к минимуму влияние диполя нитрогруппы и карбонильного анти-кислорода (на противоположных сторонах) друг от друга. Группы $R$ играют определенную роль в переходном состоянии реакции Анри в том плане, что чем больше размер таких групп $R$, тем больше ориентирующий пространственный эффект они оказывают:
Рисунок 6. -
Другой же, более современной моделью, описывающей стереохимию реакции Анри является схема Шибасаки. Однако в ней рассматревается не общий случай реакции, а каталитический процесс, который является одним из наиболее часто применяемых способов индуцирования енантио- или диастерео- селективности в реакции Анри. Такое индуцирования происходит за счет использования хиральных металлических катализаторов, в которых нитрогруппа и карбонильный кислород координированы с металлом, который связан с хиральной органической молекулой. Схема стереохимии таких реакций показана ниже:
Рисунок 7.
