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Aldol-Addition, Aldol-Kondensation und ähnliche Reaktionen

Aldol-Addition und -Kondensation

Bei Carbonyl-Verbindungen bildet sich unter Basenkatalyse ein Enolat. Die Enolat-Bildung ist ein Gleichgewicht, d.h. es liegt trotz der Enolat-Bildung immer auch noch die Keto-Form (also die C=O-Gruppe) im System vor. Diese C=O-Gruppe ist elektrophil und kann somit von dem nucleophilen Enolat angegriffen werden. Das Ergebnis dieses Angriffs ist eine C-C-Verknüpfung zu einer β-Hydroxycarbonyl-Verbindung, einem Aldol.

Abb.1
basenkatalysierte Aldol-Addition
Definition
Der Name Aldol setzt sich aus Ald- für Aldehyd und der Endung -ol für Alkohol zusammen. Aldole sind β-Hydroxycarbonyl-Verbindungen.

Zu dieser basenkatalysierten Reaktion gibt es auch eine säurekatalysierte Variante, bei der der Katalysator nicht das OH-, sondern H3O+ , und die angreifende Spezies nicht das Enolat-Anion, sondern das Enol, ist. Die durch die Säure protonierte Keto-Form ist elektrophiler und kann so auch von der nicht sonderlich stark nucleophilen Enol-Form angegriffen werden. Der Nachteil der sauren Aldol-Addition ist aber die geringe Nucleophilie des Enols im Vergleich zu der des Enolats, so dass die Aldol-Addition üblicherweise unter basischen Bedingungen durchgeführt wird.

Abb.2
säurekatalysierte Aldol-Addition
Hinweis
Säure- und basenkatalysierte Aldol-Additionen ergeben das gleiche Produkt, den β-Hydroxyaldehyd. Diese Reaktion ist generell mit Aldehyden und Ketonen möglich, wenn sie α-Wasserstoff-Atome besitzen.

Unter sauren wie unter basischen Bedingungen kann die β-Hydroxycarbonyl-Verbindung unter Verlust von Wasser zu einer α,β-ungesättigten Carbonyl-Verbindung weiterreagieren. Diese Dehydratisierung verläuft im Sauren besonders einfach, da Wasser eine gute Abgangsgruppe ist. Die Abfolge von Aldol-Addition und anschließender Dehydratisierung wird als Aldol-Kondensation bezeichnet.

Abb.3
säurekatalysierte Dehydratisierung

Im Basischen muss zur Dehydratisierung die schlechte Abgangsgruppe OH- abgespalten werden, wofür drastischere Bedingungen benötigt werden. Die basische Eliminierung verläuft nach einem so genannten E1cB-Mechanismus (elimination, unimolecular, conjugated base). Er stellt die Umkehrung des E1-Mechanismus dar; bei E1cB kommt es zuerst zur Abspaltung des Protons unter Carbanion-Bildung und dann zur Abspaltung der schlechten Abgangsgruppe. Voraussetzung für den relativ selten vorkommenden E1cB-Mechanismus sind eine schlechte Abgangsgruppe und ein leicht abzuspaltendes (also acides) Proton.

Abb.4
basenkatalysierte Dehydratisierung

Wie fast alle Reaktionen ist auch die Aldol-Addition ein chemisches Gleichgewicht, bei der die Gleichgewichtslage sowohl von den Konzentrationsverhältnissen als auch z.B. von sterischen Faktoren abhängt. So kann das Aldol-Additionsprodukt aus Aceton mit starken Basen und unter Zufuhr von Wärme leicht wieder gespalten werden (Aldol-Spaltung), so dass sich in diesem Fall ein Gleichgewichtsverhältnis von ca. 5 % Aldol und 95 % Aceton ergibt.

Im Gegensatz zu den Ketonen lassen sich Aldehyde gut kondensieren. Bei ihnen liegt das Gleichgewicht auf der Seite der Aldol-Verbindung. Bei den Ketonen kommt zur elektronischen Stabilisierung durch die zusätzliche Alkyl-Gruppe noch eine kinetische Hemmung hinzu, da bei ihnen der Angriff des Enolats auf die Carbonyl-Gruppe sterisch gehindert ist. Das Aldol bildet sich deshalb nur in geringer Menge, wenn das Gleichgewicht nicht durch eine spezielle Reaktionsführung in Richtung der Aldol-Verbindung verschoben wird.

Abb.5
Gleichgewichtsverschiebung

Um das Gleichgewicht bei der Aldol-Addition zu Gunsten des Produkts zu verschieben kann man von der Soxhlet-Apparatur Gebrauch machen. In ihr wird einerseits das Produkt dem chemischen Gleichgewicht entzogen und andererseits kommt das Produkt nicht mehr mit der Base in Berührung. Die Rückreaktion kann deshalb nicht mehr stattfinden.

Die Aldol-Addition ergibt synthetisch sehr wertvolle Produkte, denn

  • zum einen ist sie eine C-C-Verknüpfungsreaktion und
  • zum anderen lassen sich die resultierenden Aldole gut zu verschiedenen Sekundärprodukten weiterumsetzen.

Die Alkohol-Gruppe eliminiert leicht unter Bildung einer α,β-ungesättigten Carbonyl-Verbindung und die Doppelbindung bzw. die Keto-Funktion können getrennt voneinander umgesetzt werden. Bei der Reduktion der α,β-ungesättigten Carbonyl-Verbindung ist zu beachten, dass bei Verwendung von LiAlH4 oder NaBH4 zwar in der Regel bevorzugt die Carbonyl-Gruppe reduziert wird, allerdings diese 1,2-Reduktion mit der 1,4-Reduktion konkurriert, so dass man unter Umständen auch den gesättigten Alkohol erhält - in Ausnahmefällen sogar in hohen Ausbeuten. Dies lässt sich durch Verwendung von DIBAL-H als Reduktionsmittel umgehen, welches selektiv die Carbonyl-Gruppe reduziert und somit den Allylalkohol liefert.

Abb.6
Synthesebeispiele

Ähnliche Reaktionen

Es gibt eine Reihe von Reaktionen, die nach dem gleichen Prinzip wie die klassische Aldol-Addition oder Aldol-Kondensation verlaufen, z.B.

  • die intramolekularen Aldol-Additionen und -Kondensationen,
  • die gekreuzten Aldol-Additionen und -Kondensationen, bei denen zwei unterschiedliche Carbonyl-Verbindungen verwendet werden,
  • die Knoevenagel-Kondensation, bei der Enolate von 1,3-Dicarbonyl-Verbindungen bzw. ganz allgemein von Verbindungen mit stark aciden H-Atomen verwendet werden,
  • die Michael-Addition, die von einer α,β-ungesättigten Carbonyl-Verbindung - also z.B. einem Aldol-Kondensationsprodukt - ausgeht und bei der eine nucleophile Addition an der α,β-Doppelbindung stattfindet.

Übung 1

Übung 2

Übung 3

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