Intramolekulární aldolová kondenzace

Pojďme se podívat, jak lze provést intramolekulární aldolovou kondenzaci. Zde vlevo máme 2,4-hexadion, ke kterému přidáme hydroxid sodný a zahřejeme to. Tímto vznikne tento produkt vpravo. Dojde ke vzniku kruhu. Pojďme označit atomy uhlíků v tomto dionu. Je symetrický, takže můžeme začít z libovolné strany. Tohle bude uhlík číslo jedna, dva, tři, čtyři, pět a šest. Je to 2,5-hexadion a přidáním hydroxidu sodného dojde k deprotonaci alfa-uhlíku. Potřebujeme najít alfa-uhlíky. Tento uhlík je vedle karbonylu, takže může být alfa-uhlíkem. Uhlík číslo tři je také alfa-uhlík a tento uhlík je také alfa-uhlíkem, ale jelikož je molekula symetrická, tak tento uhlík nemusí nás zajímat. Můžeme se plně soustředit na alfa-uhlíky číslo jedna a tři. Nejdřív se podíváme na deprotonaci uhlíku číslo jedna. Hydroxid sodný odtrhne tento alfa-vodík a ponechá elektronový pár na tomto uhlíku. Zde máme tento dion nakreslený v jiné konformací. Označíme si atomy uhlíků. Tohle bude uhlík jedna, dva, tři, čtyři, pět a šest. Tohle číslování nám pomůže při kreslení vznikajícího produktu. Pokud provádíme deprotonaci na tomto prvním uhlíku, pak tyto elektrony zůstanou na uhlíku číslo jedna a vytvoří karbanion. Tyto purpurové elektrony zůstanou na prvním uhlíku, který získá formální náboj minus jedna. V tomto mechanismu bude karbanion působit jako nukleofil a bude atakovat tuto karbonylovou skupinu. Víme, že v karbonylové skupině je částečně záporný atom kyslíku a částečně kladný atom uhlíku, který je proto elektrofilní. Nukleofil bude atakovat elektrofil. Tyto elektrony atakují karbonylový uhlík a přesouvají tyto elektrony na atom kyslíku. Nakreslíme výsledek tohoto kroku. Dojde ke vzniku kruhu, takže si sem nakreslíme pětičlenný kruh. Zde máme karbonylovou skupinu a dojde ke vzniku alkoxidu. Můžeme uvažovat o protonaci aldolů, takže sem nakreslíme aldol. Dále zde máme methylovou skupinu. Podíváme se na pohyb některých elektronů. Purpurové elektrony se přemístily sem a vytvořily vazbu. Očíslujeme atomy uhlíků. Tohle bude uhlík jedna, dva, tři, čtyři, pět a šest. Používáme stejný způsob číslováni, jako pro strukturu vlevo. Umožní nám to lépe sledovat průběh reakce. Tohle je aldol, tohle je alfa-uhlíkem, který můžeme deprotonovat. Nakreslíme tento alfa-vodík. Dále přijde hydroxid fungující jako báze a odtrhne tento alfa-vodík. Hydroxid přijímá tento proton. Tyto elektrony přechází sem a vytváří tuto dvojnou vazbu, hydroxid se stává odstupující skupinou. Nakreslíme si produkt. Máme tu kruh. Zde máme karbonylovou skupinu, dvojnou vazbu, a zde máme methylovou skupinu. Takto vypadá produkt. Podíváme se na jednotlivé elektrony. Zde došlo ke vzniku nové vazby uhlík-uhlík, ale pokud zde odebereme proton, pak se modré elektrony můžou přemístit sem a vytvořit dvojnou vazbu. Tohle je hlavním produktem reakce. Uvažovali jsme deprotonaci tohoto prvního alfa-uhlíku. Podíváme se, co se stane, pokud budeme deprotonovat uhlík číslo tři. Provedeme to zde na novém místě. Začínáme se stejnou konformací, kterou jsme měli předtím. Jedna, dva, tři, čtyři, pět, šest. Tentokrát deprotonujeme uhlík číslo tři, proto dojde ke vzniku karbaniontu. Ukážeme volný elektronový pár na uhlíku číslo tři, který proto bude mít formální náboj minus jedna. Tohle bude nukleofilem, který bude atakovat elektrofilní uhlík. Proto budou tyto elektrony vytlačeny na atom kyslíku. Nakreslíme výsledek tohoto kroku. Tentokrát nám vznikl tříčlenný kruh. Nejdřív dokreslíme zbytek molekuly a pak se podíváme, jak to vzniklo. Zde máme methylovou skupinu, dále máme atom kyslíku. Tohle je alkoxid, který můžeme naprotonovat, aby došlo ke vzniku aldolu jako reakčního meziproduktu. Pojďme očíslovat tyto atomy uhlíků, přestože to nebude úplně správné číslování. Pomůže nám to však sledovat každý uhlík. Uhlíky očíslujeme červenou barvou. Jedna, dva, tři, čtyři, pět, zde je šestý uhlík, pokud používáme stejné číslování, jaké jsme používali zde vlevo, aby to bylo konzistentní. Tyto purpurové elektrony vytváří vazbu mezi uhlíkem číslo tři a uhlíkem pět. Víme, že uhlík tři je alfa-uhlíkem, který má svůj alfa-vodík. Může tedy přijít molekula hydroxidu, která bude fungovat jako báze. Tento hydroxid odtrhne proton, ponechá tyto elektrony na atomu uhlíku a odstoupí ve formě hydroxidu. Proto druhým možným produktem je tento tříčlenný kruh. Dále zde máme methylovou skupinu a zde máme keton. Už jsme pomocí purpurových elektronů vytvořili vazbu uhlík-uhlík. Pokud odtrhneme tento proton, tyto modré elektrony se můžou přemístit sem a vytvořit dvojnou vazbu. Ukázalo se, že je skutečně možné vytvořit takto malý kruh. Ale nedojde k jeho vzniku ve velkém výtěžku, protože malé kruhy mají vysoké úhlové pnutí. Takže tento produkt nebude dobře izolovatelný. Hlavním produktem je tato látka, která má menší úhlové pnutí v pětičlenném kruhu. Dojde ke vzniku malého množství tříčlenného kruhu, ale hlavním produktem bude pětičlenný kruh. Uděláme ještě jednu intramolekulární aldolovou kondenzaci, která bude velmi podobná předchozímu příkladu. Vypadá to trochu komplikovaněji, ale použijeme stejný postup. Musíme najít alfa-uhlíky, které budou vedle karbonylové skupiny. Očíslujeme všechny uhlíky. První uhlík, druhý, třetí, čtvrtý, pátý a šestý. Takže víme, že první uhlík je alfa-uhlíkem. Dále třetí uhlík je alfa-uhlíkem. To samé pro čtvrtý a šestý uhlík. Tohle jsou všechny možné alfa-uhlíky. Alfa-uhlíky číslo tři a čtyři poskytnou kruh s příliš velkým úhlovým pnutím. Tento případ nebudeme uvažovat. Takže musí dojít k deprotonaci buď prvního nebo šestého uhlíku. Podíváme se na báze. Používáme zde hydroxid draselný. Používáme stericky nebráněnou slabší bázi, takže dojde ke vzniku termodynamického enolátu, který je stabilnější, protože má více substituovanou dvojnou vazbu. Druhy enolátů jsme probírali v předchozích videích. Tato deprotonace, kterou jsme teď naznačili, vede ke vzniku kinetického enolátu, který vzniká rychleji, ale je méně stabilní. Deprotonace šestého uhlíku vede právě ke vzniku termodynamického enolátu. Má více substituovanou dvojnou vazbu, a proto je stabilnější. Ale na tomto alfa-uhlíku jsou dva protony. Báze odtrhne jeden z těchto protonů, proto se tyto elektrony přemístí sem a tyto elektrony přejdou na atom kyslíku. Nakreslíme to samé jenom na jiné konformaci této látky. Stejným způsobem, jak jsme to dělali předtím. Označíme si jeden z těchto kyselých vodíků na alfa-uhlíku. Přijde molekula hydroxidu, která bude působit jako báze. Hydroxidový anion. Náboj minus jedna si převezme tento proton, ponechá tyto elektrony zde a vytlačí tyto elektrony na kyslík. Tentokrát nakreslíme oxoanion. Nejdřív nakreslíme vzniklý produkt a pak se podíváme na pohyb jednotlivých elektronů. Zde je karbonylová skupina, dochází ke vzniku oxoaniontu, takže nakreslíme náboj minus jedna na atomu kyslíku. Zde je dvojná vazba. A teď dokreslíme ostatní uhlíky. Došlo ke vzniku termodynamického enolátu. Podíváme se na dvojnou vazbu a zjistíme, že tento enolát je stabilnější, jelikož má více substituovanou dvojnou vazbu. Pojďme se podívat na jednotlivé elektrony. Označíme tyto elektrony modrou barvou. Tyto elektrony přechází sem, a dále tyto pí-elektrony se přesunou na atom kyslíku, a vznikne tím oxoanion. Znovu si připomeneme, že vzniká termodynamický enolát, protože reakce je řízena termodynamicky kvůli použití hydroxidu jako báze. Vzniklý oxoanion bude dále fungovat jako nukleofil. Karbonylová skupina je polarizovaná. Částečné záporný a částečně kladný náboj. Takže tyto červené elektrony se přemístí sem. Teď se znovu vrátíme k těmto modrým pí-elektronům. Probíhá atak na karbonylové skupině, tyhle elektrony se přesouvají na kyslík. Nakreslíme výsledek tohoto nukleofilního ataku. Dojde ke vzniku pětičlenného kruhu. Nakreslíme tento pětičlenný kruh. Zde máme karbonylovou skupinu. Zde budeme mít tento substituent. Dojde ke vzniku alkoxidu, který následně můžeme naprotonovat a získat aldol a dále zde máme methylovou skupinu. Podíváme se na pohyb jednotlivých elektronů. Oxoanion funguje jako nukleofil, takže tyto pí elektrony budou vytvářet tuto novou vazbu. Je to velmi podobné tomu, jak jsme to dělali v předchozí reakci s tím rozdílem, že teď v roli nukleofilu máme oxoanion. Tyto elektrony se přemístí sem, a znovu získáme karbonylovou skupinu. Podíváme se ještě na jednotlivé atomy uhlíků. Tento uhlík je tímto uhlíkem. Přiřadíme i ostatní uhlíky. Tento uhlík je tímto uhlíkem. Tento uhlík je tento uhlík. Tato struktura už začíná být docela matoucí. Vrátíme se k tomuto alfa-uhlíku. Na tomto alfa-uhlíku je kyselý vodík. Nakreslíme tento vodík. Molekula hydroxidu může odtrhnout tento kyselý vodík. Nakreslíme to. Formální náboj minus jedna přijímá tento vodík, tyto elektrony se přemísťují sem. Nakreslíme vzniklé produkty. Máme pětičlenný kruh. Zde máme karbonylovou skupinu, zde je dvojná vazba. Stereochemie tohoto substituentu zůstává zachovaná. Dále tu máme methylovou skupinu. Už jsme vytvořili novou vazbu uhlík-uhlík. Označíme tyto elektrony purpurovou barvou. Tyto elektrony se přemístí sem a vytvoří pí-vazbu v produktu. Tento produkt se nazývá cis-jasmon a je původcem příjemné vůně jasmínových květů. Je to velmi hezká intramolekulární kondenzace poskytující produkt, který se hodně používá v parfémovém průmyslu.