Номер 141, страница 108 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.141. Чем альдольная конденсация отличается от альдольно-кротоновой? Как, варьируя условия, можно выбирать направление процесса?

Решение

Альдольная и альдольно-кротоновая конденсации представляют собой две последовательные стадии одного процесса. Основное различие между ними заключается в конечном продукте и глубине протекания реакции.

Альдольная конденсация (также называемая альдольным присоединением) — это первая стадия, в результате которой образуется β-гидроксиальдегид или β-гидроксикетон, который носит общее название альдоль. Это реакция присоединения, где енолят-ион одной молекулы карбонильного соединения атакует карбонильный углерод другой молекулы. Эта стадия, как правило, обратима.
Пример для ацетальдегида (этаналя):
$2 \cdot \text{CH}_3\text{-CHO} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{-CH(OH)-CH}_2\text{-CHO}$ (3-гидроксибутаналь)

Альдольно-кротоновая конденсация — это двухстадийный процесс, который включает в себя образование альдоля с последующей его дегидратацией (отщеплением молекулы воды). В результате образуется более стабильное α,β-ненасыщенное карбонильное соединение. Стадия дегидратации обычно необратима и является движущей силой всего процесса.
Пример продолжения реакции для 3-гидроксибутаналя:
$\text{CH}_3\text{-CH(OH)-CH}_2\text{-CHO} \xrightarrow{t^\circ, -H_2O} \text{CH}_3\text{-CH=CH-CHO}$ (кротоновый альдегид или бут-2-еналь)

Таким образом, альдольная конденсация — это реакция присоединения с образованием альдоля, а альдольно-кротоновая конденсация — это реакция присоединения, за которой следует реакция элиминирования (дегидратации) с образованием ненасыщенного соединения.

Выбирать направление процесса, то есть останавливаться на стадии образования альдоля или проводить реакцию до α,β-ненасыщенного продукта, можно, варьируя условия реакции.

1. Для получения альдоля (остановка на первой стадии):
Реакцию необходимо проводить в мягких условиях, чтобы предотвратить последующую дегидратацию.

• Температура: Используют низкие температуры (обычно от 0 до 5 °C). Это замедляет реакцию дегидратации, которая требует более высокой энергии активации, и способствует смещению равновесия в сторону образования продукта присоединения.
• Катализатор: Применяют разбавленные растворы оснований (например, $10\%$ $NaOH$) в качестве катализатора.

2. Для получения продукта кротоновой конденсации (проведение обеих стадий):
Необходимо создать условия, способствующие реакции дегидратации.

• Температура: Реакционную смесь нагревают. Повышение температуры поставляет энергию, необходимую для преодоления активационного барьера стадии элиминирования.
• Катализ: Дегидратация ускоряется в присутствии как кислот, так и оснований. Часто достаточно продолжить нагревание реакционной смеси в присутствии того же основного катализатора, который использовался для первой стадии. В некоторых случаях после образования альдоля в смесь добавляют кислоту и нагревают, что эффективно катализирует отщепление воды.
• Структура реагентов: Если образующаяся двойная связь оказывается сопряженной с ароматическим кольцом, дегидратация протекает особенно легко и может происходить самопроизвольно даже в мягких условиях из-за высокой стабильности конечного сопряженного продукта.

Ответ: Альдольная конденсация отличается от альдольно-кротоновой тем, что является лишь первой стадией процесса и приводит к образованию β-гидроксикарбонильного соединения (альдоля), в то время как альдольно-кротоновая конденсация включает вторую стадию — дегидратацию альдоля с образованием α,β-ненасыщенного карбонильного соединения. Для того чтобы остановить реакцию на стадии альдоля, используют низкие температуры и мягкие каталитические условия. Для получения продукта кротоновой конденсации реакционную смесь нагревают и/или используют кислотный катализ, чтобы способствовать реакции дегидратации.