Модифицировав альдольную конденсации, и применив ее к другим веществам, кроме карбонил-карбонильных взаимодействий, можно провести и многие другие карбонил-метиленовые конденсации, широко используемые в органической химии. Важной группой таких конденсаций являются реакции с алифатическими и ароматическими альдегидами и кетонами соединений, содержащих две электронакцепторные группы у одного атома углерода. Это могут быть соединения с двумя карбоксильными, карбалкоксильными, двумя циано- и нитро- группами. К таким соединениям можно отнести малоновую кислоту и ее эфиры и динитрил, а также циануксусный эфир, ацетоуксусный эфир и т.д.
Реакции конденсаций этих веществ объеденены под общим названием конденсации Кневенагеля и имеют общую схему:
Рисунок 1.
Применение конденсации Кневенагеля
Конденсация Кневенагеля широко применяют в органическом синтезе для получения $\alpha, \beta$-ненасыщенных кислот, различных сложных эфиров, нитрилов и других соединений:
Рисунок 2.
Особенности конденсации Кневенагеля
Отличительной чертой конденсации Кневенагеля относительно альдольной конденсации является катализ реакций аминами такими как пиридин, пиперидин или смесь этих аминов. Эти амины имеют достаточно высокую основность и создают равновесную стационарную концентрацию анионов при депротонировании эфиров с $pK_a$ равной 10-13 единиц. Однако эти амины не могут перевести в сопряженное состояние енолят-ионы кетонов и альдегидов, так как значение $pK_a$ для них 18-20. Эта особенность свойств аминов позволяет минимизировать процесс самоконденсации этих альдегидов и кетонов. Альдегиды могут вступать в конденсацию Кневенагеля с различными классами соединений содержащих активные метиленовые группы. Кетоны по сравнению с альдегидами менее активны и легко вступают в реакцию только с $CH_2(CN)_2$ и $CNCH_2COOCH_2CH_3$, но для реакций с малоновым и ацетоуксусным эфирами требуется применение катализатора $TiCl_4$. Оптимальным катализатором для реакции Кневенагеля считается ацетат пиперидиния, который используют вместо применения свободных оснований.
Механизм реакции Кневенагеля
Точный механизм реакции Кневенагеля неизвестен. Считают, что в буферное среде (в ацетате пиперидиния) реакционноспособными частицами выступают иминиевые соли, образующиеся из карбонильных соединений и вторичных аминов при катализе сопряженными кислотами. Иминиевые соли затем взаимодействуют с енолят-ионами. Последующее элиминирование амина завершает образование $\alpha, \beta$-ненасыщенных соединений.
Рисунок 3.
Конденсация Дебнера
В случае конденсации альдегидов или кетонов с малоновой кислотой в аминах в присутствии пиперидина промежуточные $\alpha, \beta$-ненасыщенные дикарбоновые кислоты подвергаются декарбоксилированию с образованием $\alpha, \beta$-ненасыщенных кислот $E$-конфигурации. Эта разновидность конденсации Кневенагеля получила название конденсации Дебнера.
Рисунок 4.
Конденсация Дебнера широко используется и в настоящее время, так как она является одним из лучших методов синтеза $\alpha, \beta$-непредельных кислот, сложных эфиров и нитрилов.
Реакция Перкина
Другим методом синтеза $\alpha, \beta$-непредельных кислот является метод разработаный в 1868 г. В. Перкиным. По этому методу альдегиды (ароматические или гетероароматические) подвергают конденсации с ангидридами алифатических кислот в жестких условиях при высоких температурах (170-200 $^\circ$С), для основного катализа в данном случае используют соли карбоновых кислот.
Рисунок 5.
В качестве примеров реакций конденсации Перкина можно рассмотреть получение коричной кислоты из бензальдегида и ангидрида уксусной кислоты, взаимодействие которых катализируется ацетатом калия.
Рисунок 6.
Конденсация Перкина является разновидностью альдольной конденсации, с учетом того, что роль нуклеофильных агентов в ней выполняют енолят-ионы ангидридов кислот. Механизм конденсации Перкина может быть выражен следующей схемой:
Рисунок 7.
