Реакции бензоиновой конденсации являются одними из первых реакций конденсации, и были случайно открыты еще в 1832 году Ю. Либихом и Ф. Велером.
Бензоиновая конденсация заключается во взаимодействии бензальдегида или других ароматических альдегидов с цианидами, в результате которого образуется этом $\alpha$-гидроксикетоны получвшие название бензоины, что и дало общее название таким реакциям конденденсации.
Рисунок 1.
В реакциях бензоиновой конденсации принимают участие одновременно две молекулы ароматических или гетероциклических альдегидов в присутствии цианид-ионов, как катализаторов процесса. Конечными продуктами этих реакций конденсации являются $\alpha$-гидроксикетоны. Реакции обратимы и обработка бензоинов цианидами в смеси с другими ароматическими альдегидами дает к смешанные бензоины.
Рисунок 2.
В общем случае из эквимольных смесей двух разных альдегидов теоретически должны получаться смеси из четырех бензоинов, однако в некоторых случаях, при соблюдении ряда условий, удается получать только один бензоин смешанного строения. Большинство ароматических альдегидов в молекулах которых содержатся различные электронодонорные заместители сами по себе не вступают в реакции бензоиновой конденсации. Однако такие соединения вступают в смешанную (перекрестную) конденсацию с другими альдегидами, что часто используется для синтеза веществ.
Рисунок 3.
На практике реакции смешанной бензоиновой конденсации удобно проводить, применяя бисульфитные производные одного из альдегидов для проведения его конденсации со вторым в спиртовых растворах цианидов или в среде диполярного апротонного растворителя (ДМФА, ДМСО с $N^+(C_4H_9)_4CN^-$).
Механизм бензоиновой конденсации
Согласно современным представлениям механизм бензоиновой конденсации во всех деталях был описан Лепуортом еще в 1904 г. на основании кинетических исследований:
Рисунок 4.
Рассматривая этот механизм можно объяснить, почему цианид-ионы катализируют этот процесс.
Катализаторы в бензоиновой конденсации должны быть не только хорошими нуклеофилами относительно карбонильных групп, но также и катализировать процесс переносы протонов от углеродных атомов к кислороду с образованием стабильных бензильных карбанионов, в которых электроно-акцепторные цианогруппы участвуют в делокализации заряда.
Продуктами бензоиновой конденсации являются $\alpha$-оксикетоны, которые далее легко можно окислить, например, оксидом висмута (ІІІ) до 1,2-дикетонов c высокими выходами.
Рисунок 5.
Бензоиновая конденсация алифатических альдегидов
Цианид-ионы катализируют конденсацию только в случае ароматических альдегидов. Алифатические же альдегиды вступают в бензоиновую конденсацию только в присутствии более сильных катализаторов, таких как соли тиазолия. Соли тиазолия в свою очередь получают алкилированием тиазола по атому азота. В качестве стандартных катализаторов конденсации такого типа для алифатических альдегидов используют тиазола типа $N$-додецилтиазолийбромида. $N$-додецилтиазолийбромид имеет длинную алифатическую цепь, что обуславливает его растворимость в большинстве органических растворителей.
Рисунок 6.
Механизм бензоиновой конденсации алифатических альдегидов
Бензоиновая конденсация алифатических альдегидов заметно отличается от конденсации ароматических альдегидов и механизмы этих процессов соответственно тоже значительно отличаются.
Отличительной особенностью катионов $N$-алкилтиазолия является высокая $C-H$ кислотность соединений благодаря соседству водорода к двум гетероатомам: к атому серы и положительно заряженному азоту.
И при действии амина на катионы $N$-алкилтиазолия происходит отщепление $C-2$ протона:
Рисунок 7.
Образующиеся при этом бетаины затем обратимо присоединяются по карбонильным группам альдегидов.
Рисунок 8.
Продукты присоединения содержат ковалентно связанные тиазолиевые катионы, что непосредственно отражается на их свойствах как $C-H$ кислот (их значение $pK_a$ становится порядка 10 ).
Рисунок 9.
Образующиеся карбанионы представляют собой "замаскированные" ("иммобилизованные") ацилоил-анионы с необычно высокой стабильностью, которая обьясняется делокализацией отрицательных зарядов с помощью катионов тиазолия, обладающих высокими $-M$ и $-I$ эффектами.
Рисунок 10.
Катионы тиазолия стабилизируют карбанионные интермедиаты в большей степени, чем цианид-ионы в случае ароматических альдегидов, и это играет важнейшую роль в каталитических эффектах солей тиазолия в бензоиновой конденсации как ароматических, так и алифатических альдегидов.
