アミン ハロゲン化アルキル。 ハロゲン化アルキル(ハロゲンかアルキル)とは

女子高生と学ぶ求核置換反応!ウィリアムソン合成とハロゲンの脱離基

アミン ハロゲン化アルキル

ハロゲンの反応(S N1反応とS N2反応) ハロゲンの性質 ハロゲン化合物とは炭化水素にハロゲンが結合しているものである。 ハロゲンの特徴としては求核試薬による置換を受けやすいことにある。 この性質はとても重要であり化合物に官能基を入れる場合、化合物にハロゲンを導入してから置換させるという方法がとられる。 例えば、CH 3Ch 2-ClにOH -を作用させるとCH 3Ch 2-OHになり、CN -やNH 3を作用させるとCH 3Ch 2-CN、CH 3Ch 2-NH 2となる。 ただし、共鳴で二重結合性を持つものは安定なため置換反応を受けにくい。 グリニャール試薬 ハロアルカンにマグネシウムを反応させるとグリニャール試薬 マグネシウム化合物 を得ることができる。 グリニャール試薬の場合、マグネシウムは正に分極しておりその隣の炭素は負に分極している。 以下にグリニャール試薬の反応を示す。 求核置換反応 S N1反応、S N2反応 求核試薬 Nu - とは電子密度の低い炭素などと反応して、多くは結合を形成する試薬である。 ここではハロゲン化アルキル C-X結合 が求核試薬に置換される反応 C-Nu結合に置換 を示す。 求核試薬の多くはアニオンであり、負電荷をもっている。 しかし、実際にはアニオンでなくても孤立電子対をもっていればよい。 求核試薬の例としてヒドロキシル基やアミノ基などがある。 ヒドロキシル基はアニオンであるが、アミノ基は負電荷をもっていない。 そのかわり、アミノ基には孤立電子対がある。 ハロゲン化アルキルにメタノールやアンモニアを反応させると、ヒドロキシル基やアミノ基を導入することができる。 求核試薬反応はS N1反応 1分子求核置換反応 とS N2反応 2分子求核置換反応 の二つに分けることができる。 ・S N1反応 この反応は脱離基 ハロゲン が自発的に脱離することから始まる。 つまり、C-X結合しているハロゲンが勝手に脱離してカチオンとなる。 この炭素に求核試薬が攻撃するのである。 下にメタノールを求核試薬としたときの反応を示す。 ハロゲンが脱離した後にはカチオンが生じる。 そのため、 生成物はS体とR体の割合が1:1のラセミ体を形成することになる。 S N1反応ではハロゲンが自発的に脱離する速度が遅く、ハロゲンが脱離した後のカチオンに求核試薬が反応する速度は速い。 つまり、ハロゲンが脱離する速度によってS N1反応全体の反応速度が決まる。 そのため、反応速度は基質濃度に依存するが求核試薬の濃度には依存しない。 S N1反応と S N2反応の1と2の文字の違いは、「 1分子の濃度が反応速度を決める」か「 2分子の濃度が反応速度を決める」の違いである。 S N1では反応するとき脱離した後に生じるカチオンが安定なほど、ハロゲンが脱離しやすいほど、溶媒の極性が大きいほど起こりやすい。 つまり、生じるカチオンが第三級>第二級>第一級の順で、ハロゲンがI ->Br ->Cl -の順ほど反応が起こりやすい。 求核試薬が結合を作り始めるのと同時に脱離基が解離し始め、遷移状態では求核試薬、脱離基ともに負の電荷を帯びることになる。 その後、脱離基が解離して反応が完了する。 この反応は中間体を形成しない一段階の反応であり、求核試薬が基質に衝突 攻撃 することで反応を開始する。 そのため、反応速度は基質と求核試薬の両方の濃度に依存する。 S N2反応では立体障害の関係で第一級>第二級>第三級の順で起こりやすい。 ただし、第三級でS N2反応が起こることはないと考えられている。 また、溶媒の極性が高いとS N1で反応が進行するので溶媒の極性は低い方が良い。 この反応の特徴は、「不斉炭素原子をもっていても立体を保持したまま反応することが可能である」という点である。 S N1反応やS N2反応では、ラセミ体ができたり立体反転が起こったりするのである。 以下に塩化チオニル SOCl 2 による反応を示す。

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アミンの作り方

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ちなみに、脱離反応で生成するカルボカチオンは平面構造をとっており、求核剤はカルボカチオンの上面からも下面からも接近して求核攻撃を行います。 そのため、元のハロゲン化アルキルに不斉炭素があった場合、生成物はR体とS体の割合が等しい メソ化合物となります。 SN2反応 SN2反応とは、 反応速度に2分子が関与する置換反応です。 この反応ではSN1反応とは違い、求核剤による攻撃と脱離基の脱離が同時に進行していきます。 つまり、求核剤が攻撃するときは、まだ脱離基が結合しています。 そのため、反応速度には求核剤も脱離基の2分子が関与するわけです。 脱離基が結合している面は混みあっているので、求核剤は脱離基が結合している面の裏側から攻撃します。 (背面攻撃と呼ばれる) 反応機構は以下の通りです。 副生成物は省略しています 上でも述べたように、求核剤は脱離基が結合している面の裏側から攻撃するので立体は反転します。 つまり、もし中心炭素が不斉炭素となっていた場合、元がR体ならS体、元がS体ならR体となります。 E1反応 E1反応とは、 反応速度に1分子のみが関与する脱離反応です。 1段階目の反応であるハロゲン化アルキルからハロゲン化物イオンが脱離する反応はSN1反応と同じです。 ポイントは次で、この反応では、水やメタノールなどの反応剤はカルボカチオンの正電荷を持った炭素に攻撃するのではなく、 その炭素の隣の炭素に結合した水素を攻撃します。 E1反応ではこのように、水やメタノールはカルボカチオンから水素イオンを引き抜く役割を果たすため 塩基として振舞います。 反応機構は以下の通りです。 (副生成物は省略しています) 反応の分類 さて、ここまでの内容はプロローグで、ここからがメインの内容です。 ハロゲン化アルキルは似たような反応条件でSN1, SN2, E1, E2 反応の4つを起こしうるわけですが、どんな時にどの反応が起こるかについて書いていきます。 SN1反応およびE1反応, SN2反応およびE2反応はセットで考えます。 ここでは、前者を1系、後者を2系と呼びます。 1系 or 2系 ? まず、1系か2系どちらが起きるかを決めます。 これは求核剤(塩基)の強さ(濃度)によります。 なぜなら、1系は反応速度に求核剤(塩基)の強さは無関係ですが、2系は反応速度に求核剤(塩基)の強さが影響を及ぼすからです。 つまり、強い求核剤(塩基)を使うと、2系の反応速度は上がります。 しかし、求核剤(塩基)を使っても1系の反応速度は変わりません。 一方で、弱い求核剤(塩基)を使ったとき、2系の反応速度は下がります。 もちろん、弱い求核剤(塩基)を使っても1系の反応速度は変わりません。 まとめると、以下のように分類されます。

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女子高生と学ぶ求核置換反応!ウィリアムソン合成とハロゲンの脱離基

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contents• アミン合成は単純だが難しい 様々なアルキルアミンを合成しようと考えた時に真っ先に思い浮かぶのがアミンとハロゲンなどの脱離基を有するアルキル鎖との反応だと思います。 しかしこれを実際にやってみると、第二級アミンを得ようとしても第三級アミン体も生成してしまうため、第二級アミンを得るのが難しいです。 このような過剰アルキル化を防ぐようなアミン合成法がこれまでにいくつか報告されています。 今回はアミノ基導入方法について紹介します。 ガブリエル合成法 フタルイミドを利用する方法 ガブリエル合成は phth基 を利用する方法です。 フタルイミド自体をアルキルハライドや光延反応によって導入し、フタルイミドを脱保護することによって第一級アミンを得る方法です。 反応性の高い第一級アミンを保護状態で導入できるというメリットがあります。 光延反応を使えば、アルコールに対して塩基を使わなくても穏和な中性条件で導入フタルイミドを導入できます。 当然ガブリエル法では第一級アミンしか導入できません。 また、フタルイミドが頑丈なため脱保護が面倒というデメリットがあります。 メリット• 第一級アミンを合成できる• 一炭素減炭できる デメリット• 強塩基条件が必要 クルチウス転位 クルチウス転位は酸アジドを加熱することによってアルキル基が転位してイソシアネートが生成し、加水分解、脱炭酸により第一級アミンを得る方法です。 イソシアネートをtert-ブチルアルコールで分解すればBoc保護体、ベンジルアルコールで分解すればベンジル保護アミンが得られます。 酸アジドはカルボン酸からアジ化ナトリウムやジフェニルリン酸アジド DPPA との反応によって誘導します。 DPPAを使うほうが簡便です。 クルチウス転位はカルボン酸のCOOHが外れたアミン体が得られます。 イソシアネートに対してアルコールを作用させれば対応するカルバメートを合成できるので保護アミンを得られる点で有用です。 from wiki by lh. これはアルドール反応の派生形と考えられます。 カルボニル基を適当な還元剤で還元すればアルキルアミンを得られます。 芳香族アミンの合成 ニトロ基の還元 芳香族アミンの合成で重要なものはニトロ基の還元により得る方法です。 ゴールドバーグアミノ化 ゴールドバーグアミノ化は芳香族ブロモから直接アミンを合成する方法で、銅を使います。 バックワルド・ハートウィグアミノ化 触媒的アミノ化として有用です。 官能基変換によるアミンの合成 アミドの還元 アミドはカルボン酸との縮合により簡単に得ることができます。 第二級アミドを還元すれば第二級アミンを選択的に得ることが可能です。 しかし、アミドは通常強い還元条件が必要なので第一選択的には使われないですが、還元が可能であれば有用な方法の一つです。 Red-AlやLiAlH4、BH3などを使って還元します。 ニトリルの還元 脂肪族ニトリルはアルキルハライドに対して求核置換反応によって導入、芳香族ニトリルはザンドマイヤー反応でアニリンから合成できます。 一炭素増炭しますが、これを還元すればアミンが得られます。 ニトリルを加水分解してカルボン酸にした後クルチウス転位でアミンを合成すれば炭素数の増減無しに合成できますが、脂肪族の場合はアジドからアミンを合成したほうが良いです。 ニトリルの還元は比較的強い条件が必要です。 アジドの還元 脂肪族第一級アミンを得る方法としてはガブリエル法が有名ですが、アジドの還元により得る方法も有用性が高いです。 アジドはアルキルハライドを求電子剤として簡単に導入できます。 アルコールに対してもなどの脱離基に変換した後、アジド化することで簡単に得られます。

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