2. Присоединение спиртов.
Спирты, как и вода, реагируют с альдегидами и кетонами:
При этом образуются соединения, содержащие один алкоксильный остаток -OR’ (полуацетали, полукетали) или два - ацетали, кетали. Образование полуацеталей катализируется и кислотами, и основаниями:
Кислотный катализ
На первой стадии происходит протонирование атома кислорода карбонильной группы, на второй стадии образовавшийся карбокатион присоединяет молекулу спирта, реакция завершается депротонированием аддукта.
Активация карбонильной группы в реакциях присоединения воды и спиртов может происходить двумя способами:
Первый путь – специфический кислотный катализ, когда реакция ускоряется Н+. В этом случае скорость реакции изменяется с изменением рН среды (образование оксониевого катиона) и не зависит от природы кислоты.
Во втором случае реакция катализируется не протонами (т.е. диссоциировавшей кислотой), а недиссоциированной кислотой в целом. В этом случае говорят об общем кислотном катализе. Положительный заряд на карбонильном атоме углерода увеличивается за счет образования водородной связи. Протон в этом случае переносится на карбонильный атом кислорода только при атаке нуклеофила. В этом случае природа кислоты оказывает существенное влияние: чем сильнее кислота, тем выше скорость реакции.
Необходимость активирования карбонильной группы кислотным катализатором будет тем больше, чем менее нуклеофильно основание.
По этой причине сильно основные азотистые соединения (аммиак, амины, гидроксиламин, гидразин и др.) легко реагируют с альдегидами и кетонами в нейтральной или даже слабощелочной среде, в то время как спирты, менее нуклеофильные, часто требуют добавления кислот, так же как и очень слабые азотистые основания, например 2,4 – динитрофенилгидразин.
Основной катализ
1 Стадия – образование алкоксид-иона:
2 Стадия – присоединение нуклеофильного реагента:
3 Стадия – присоединение протона к образующемуся на второй стадии алкоксид-иону:
Реакция образования ацеталей (кеталей) катализируется только кислотами. В качестве исходного может быть использован альдегид или полуацеталь:
Реакции присоединения спиртов с образованием ацеталей и кеталей являются обратимыми. Они относятся к кислотно-катализируемым реакциям. Ацетали устойчивы к действию оснований.
3. Присоединение синильной кислоты. Синильная кислота присоединяется к карбонильным соединениям с образованием гидроксинитрилов (циангидринов). Реакция катализируется только основаниями, которые позволяют получить активный нуклеофил CN- из слабой кислоты HCN. Циангидрины встречаются в природе, например, содержатся в косточках сливы, вишни, персика и в миндале. Циангидрины приводят к тяжелому отравлению в результате освобождения синильной кислоты внутри организма.
Стадия 1 – образование цианид-иона:
В качестве оснований в этой реакции используют NaOH, K2CO3, третичные амины, но чаще всего реакцию проводят с использованием водного раствора цианида натрия или калия.
Стадия 2 – медленное присоединение цианид-иона к карбонильной группе:
Стадия 3 – быстрое присоединение протона к алкоксид-иону:
Реакция обратима на всех стадиях, так как в щелочной среде образовавшийся циангидрин расщепляется. Выход продукта реакции зависит от пространственного строения карбонильного соединения: альдегиды образуют циангидрины легко (80-90%), метилкетоны, за исключением ацетона, более трудно.
4. Присоединение гидросульфита натрия.
Альдегиды и кетоны взаимодействуют с бисульфитом натрия, образуя хорошо растворимые в воде соли α-гидроксиалкансульфоновых кислот:
Этот метод используют для очистки альдегидов и кетонов. Для выделения их из гидросульфитных производных используют разбавленные кислоты и основания.