Номер 144, страница 108 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.144. Приведите примеры сильных ненуклеофильных оснований, применяемых для проведения перекрёстной альдольной конденсации. В чём общая особенность этих соединений?

Решение

Примеры сильных ненуклеофильных оснований

Для проведения направленной (перекрёстной) альдольной конденсации необходимо быстро и количественно превратить один из карбонильных компонентов в енолят-ион, прежде чем добавлять второй компонент (электрофил). Это позволяет избежать самоконденсации и образования нежелательной смеси продуктов. Для этой цели используют сильные, но стерически затруднённые (объёмные), то есть ненуклеофильные основания. Их основная задача — отщеплять $\alpha$-протон, а не атаковать карбонильный углерод в качестве нуклеофила.

К таким основаниям относятся, в первую очередь, амиды металлов:

• Диизопропиламид лития (LDA): $\ce{[(CH_3)_2CH]_2NLi}$. Это наиболее распространённый и классический реагент для получения литиевых енолятов. Его получают непосредственно перед использованием из диизопропиламина и бутиллития при низкой температуре. Константа кислотности сопряжённой кислоты (диизопропиламина) $pKa \approx 36$, что делает LDA чрезвычайно сильным основанием, способным депротонировать практически любые кетоны и эфиры. Два объёмных изопропильных радикала создают стерические препятствия для атаки по атому углерода карбонильной группы.
• Бис(триметилсилил)амид лития (LHMDS) или калия (KHMDS): $\ce{[(CH_3)_3Si]_2NLi}$ (или $\ce{K}$). Наличие ещё более объёмных триметилсилильных групп также обеспечивает высокую стерическую нагрузку и, следовательно, очень низкую нуклеофильность. Эти основания часто предпочтительнее LDA, так как они коммерчески доступны в виде растворов или твёрдых веществ и более стабильны при хранении.
• Тетраметилпиперидид лития (LTMP): $\ce{C_9H_{18}NLi}$. Это основание ещё более стерически затруднено, чем LDA, благодаря четырём метильным группам в $\alpha$-положении к атому азота. Его используют в особых случаях, когда даже LDA проявляет нежелательную нуклеофильность, или для региоселективного образования кинетического енолята из стерически затруднённых кетонов.

Ответ: Примерами сильных ненуклеофильных оснований, применяемых для перекрёстной альдольной конденсации, являются диизопропиламид лития (LDA), бис(триметилсилил)амид лития (LHMDS) и тетраметилпиперидид лития (LTMP).

В чём общая особенность этих соединений?

Общая особенность перечисленных выше оснований заключается в сочетании двух ключевых свойств, которые делают их идеальными для направленного синтеза енолятов:

1. Высокая основность: Все они являются очень сильными основаниями (значение $pKa$ их сопряжённых кислот находится в диапазоне 36–38). Это позволяет им необратимо и количественно депротонировать даже слабокислые C-H кислоты, которыми являются кетоны и альдегиды ($pKa \approx 16-20$). Полное и быстрое превращение карбонильного соединения в енолят до добавления второго реагента — ключ к успешной и селективной перекрёстной конденсации.
2. Низкая нуклеофильность из-за стерических затруднений: Реакционный центр (атом азота, несущий отрицательный заряд) окружён объёмными алкильными или силильными группами (изопропильными, триметилсилильными, тетраметилпиперидиновыми). Эти группы создают значительные пространственные препятствия (стерический эффект), которые мешают основанию атаковать электрофильные центры в молекулах, в частности, атом углерода карбонильной группы. В результате эти соединения действуют преимущественно как основания по Брёнстеду (отрывают протон), а не как нуклеофилы по Льюису (атакуют электрофильный центр).

Таким образом, их общая уникальная черта — это стерически затруднённая структура, которая делает их сильными основаниями, но слабыми нуклеофилами.

Ответ: Общая особенность этих соединений — это сочетание очень высокой основности, достаточной для количественного отрыва $\alpha$-протона у карбонильного соединения, и низкой нуклеофильности, обусловленной наличием объёмных (стерически затрудняющих) групп у основного центра (атома азота).