La reazione di Cannizzaro è la disproporzione basica di aldeidi prive di idrogeni in posizione alfa. Due molecole dello stesso aldeide hanno destini diversi: una si ossida a carbossilato, l’altra si riduce ad alcol.
In forma generale:
Per la benzaldeide:
Requisito strutturale
Il requisito chiave è l’assenza di idrogeni in alfa al carbonile. Se l’aldeide possiede almeno un H alfa, la base può formare un enolato e la condensazione aldolica diventa una via competitiva, spesso dominante.
| Substrato | H in alfa | Esito atteso |
|---|---|---|
| Benzaldeide | assenti | Cannizzaro possibile |
| Formaldeide | assenti | Cannizzaro molto facile |
| Acetaldeide | presenti | aldolica competitiva |
| Aldeide aromatica senza H alfa | assenti | Cannizzaro o variante incrociata |
La reazione è quindi tipica di aldeidi aromatiche come benzaldeide, anisaldeide e altri arilaldeidi non enolizzabili. Il formaldeide è un caso particolare perché viene ossidato facilmente a formiato e può agire da riducente in varianti incrociate.
Meccanismo
Il primo passaggio è l’addizione di idrossido al carbonile:
L’intermedio alcossido trasferisce poi un idruro a una seconda molecola di aldeide. Questo è il passaggio redox centrale: il carbonile donatore si ossida, quello accettore si riduce.
Infine il bilancio acido-base protona l’alcossido a alcol:
Lettura redox
La Cannizzaro è una disproporzione perché lo stesso tipo di reagente fornisce simultaneamente specie ossidata e specie ridotta.
| Molecola | Trasformazione | Ruolo |
|---|---|---|
| Aldeide ossidata | \displaystyle RCHO\longrightarrow RCOO^- | aumenta il livello di ossidazione del carbonio carbonilico |
| Aldeide ridotta | \displaystyle RCHO\longrightarrow RCH_2OH | riceve formalmente idruro |
| Base | \displaystyle OH^- | attiva il carbonile e chiude il ciclo acido-base |
In sintesi preparativa, dopo acidificazione il carbossilato può essere convertito nel corrispondente acido carbossilico:
Varianti e confronto
Nella Cannizzaro incrociata si usano due aldeidi diverse. Il caso più utile impiega formaldeide, che tende a ossidarsi a formiato mentre l’altro aldeide si riduce ad alcol. La selettività è migliore rispetto a due aldeidi simili, perché il formaldeide non introduce un gruppo organico nel prodotto ridotto.
| Via | Condizione decisiva | Prodotto caratteristico |
|---|---|---|
| Cannizzaro | aldeide non enolizzabile in base forte acquosa | \displaystyle RCOO^-+RCH_2OH |
| Aldolica | presenza di H alfa e formazione di enolato | \displaystyle \beta\text{-idrossicarbonile} o enale |
| Tishchenko | aldeide in ambiente alcossidico, spesso con catalisi metallica | \displaystyle RCOOCH_2R |
Errori comuni
Il primo errore è trattare ogni aldeide in base forte come substrato di Cannizzaro. In realtà la presenza di H alfa cambia la chimica: l’enolato apre la strada all’aldolica. Il secondo errore è scrivere il prodotto come acido carbossilico durante la reazione basica; in quelle condizioni il prodotto primario è il carbossilato, mentre l’acido compare solo dopo work-up acido. Il terzo errore è dimenticare che la reazione consuma due molecole di aldeide per generare una molecola ossidata e una ridotta.
Vedi anche: composti carbonilici, acidi carbossilici, alcoli, eteri e tioli, condensazione aldolica, reazione di Wittig.