有機反応論2 - www1 server indexkkano/orgmecha2_for students.pdf · h 5 oh 2 +のpk a = -2.4 c...
TRANSCRIPT
有機反応論２
６．求核付加-脱離反応
７．求電子付加反応
８．共役化合物の化学（有機量子化学へ）
９．芳香族化合物の特徴と反応性
１０．芳香族求電子置換反応
１１．芳香族求核置換反応
１２．芳香族複素環化合物の性質と反応
７ 求核付加ー脱離反応
カルボン酸誘導体の反応
RC
LONu:
- R C
O
L
Nu
R C
O
L
Nu
RC
NuO L+
....
.... ..
.... ..
..
カルボン酸誘導体の反応機構 － 付加-脱離
四面体中間体
付加
脱離
+
７．１ カルボン酸誘導体の特徴
R C
O
H
R C
O
CH3
R C
O
OH
R C
O
OCH3
R C
O
Cl
R C
O
O
C
O
R R C
O
NHCH3
aldehyde ketone carboxylic acid ester
alkanoyl halide acid anhydride amide
ケトン カルボン酸アルデヒド カルボン酸エステル
ハロゲン化アルカノイル
カルボン酸無水物
カルボン酸アミド
もしもアルデヒドやケトンで付加－脱離反応が起こったら
R
C
CH3
O Nu-+ R C CH3
O
Nu
R C CH3
O
Nu
R C CH3
O
Nu
+
(H)
(H)
(H) (:H-)
良好な脱離基とは
強酸の共役塩基
H2Oにプロトンを供与するBrønsted-
Lowry酸
HAからプロトンを受容する塩基
HA H3O++ A-+ H2O
H2Oの共役酸
HAの共役塩基
脱離基 共役酸 pKa
H- H2 38
CH3- CH4 ~60
C2H5O- C2H5OH 16
CH3O- CH3OH 15
CH3NH- CH3NH2 ~35
CH3NH2 CH3NH3+ 10.64
OH- H2O 15.7
CH3COO- CH3COOH 4.756
H2O H3O+ -1.74
CH3OH CH3OH2+ -2
C2H5OH C2H5OH2+ -2
Cl- HCl -7
Br- HBr -9
I- HI -10
RC
LONu:
- R C
O
L
Nu
R C
O
L
Nu
RC
NuO L+
....
.... ..
.... ..
..
カルボン酸誘導体の反応機構 － 付加-脱離
四面体中間体
付加
脱離
+
７．２ 水との反応ー加水分解反応
Hydrolysis
ハロゲン化アルカノイルの加水分解
付加
脱離
四面体中間体
CH3 C
O
Cl
+ H2O CH3 C
O
OH
+ HCl
(Mechanism)
CH3 C
O
Cl
+ H OH CH3 C
O
Cl
H OH+
-
CH3 C
O
Cl
OH
CH3 C
OH
Cl
OH
H
CH3 C
O
Cl-
OH
H
+ CH3 C
O
OH
+ HCl
+
CH3 C
O
Cl
inductive effect
CH3 C
O
ClCH3 C
O
Cl
-
+
resonance effect
ハロゲン化アルカノイルのカルボニル炭素は求電子性が高い。
Clは良好な脱離基
塩化アセチルの静電ポテンシャル
カルボン酸無水物の加水分解
CH3C-O-CCH3
O O
+ H2O 2 CH3COOH
CH3 C
O
O C
O
CH3 + H OH CH3 C
O
O C
O
CH3
H OH
-
+
(Mechanism)
CH3 C
OH
O C
O
CH3
OH
CH3 C
OH
OH+
+
CH3COO- 2 CH3COOH
H3C CO
OC2H5
....
エステルの加水分解は中性付近の水中では起こり難い。
C2H5OHのpKa = 16
C2H5O-は良好な脱離
基ではない。
H3C CO
OC2H5
+
....
H
C2H5OH2+のpKa = -2.4
C2H5OHは良好な脱離基である。
酸触媒によるエステルの加水分解
CH3 C
O
OC2H5
+ H2O CH3 C
O
OH
+ C2H5OH
(Mechanism)
CH3 C
O
OC2H5
+
+
H+
H3O+CH3 C
O
OC2H5
H+
CH3 C
O
OC2H5
H
+
CH3 C
O
OC2H5
H
+ H2O
+ H OH
+
CH3 C
O
OC2H5
H
H OH
CH3 C
O
OC2H5
H
OH H
+
CH3 C
O
OC2H5
H
OH H
+
+
CH3 C
O
OH
H
+ C2H5OH
+
CH3 C
O
OH
H
+ H2O CH3 C
O
OH
+ H3O+
pKa CH3NH3+ = 10.6
アミドの加水分解
pKa of methyl amine
next page
CCH3
O
+NHCH3 H+CCH3
O
NHCH3
H
+
CCH3
O
NHCH3
H
+
+ H-OH CCH3
O
NHCH3
H
+OHH
CCH3
O
NHCH3
H+
OH H
CH3
C
HO
OH + CH3NH2
+
酸としてのメチルアミンのpKa
pKa 10.6
メチルアミンの共役酸のpKa
pKa ~35
CH3 NH2 CH3 NH + H+-
pKa
CH3 NH3+ CH3 NH2 + H+
pKa
教科書には記載なし
CH3C-O-CCH3
O O
+ H+ CH3C-O-CCH3
O O H+
CH3C-O-CCH3
O O H
+
CH3C-O-CCH3
O O H+
+ H-OH CH3C-O-CCH3
O O H
+OH
H
CH3C-O-CCH3
O O H+
OHH
CH3C-OH +
O
CH3C-OH
OH+
エステルのアルカリ加水分解
CH3 C
O
OC2H5
+ H2O CH3 C
O
OH
+ C2H5OHOH-
(Mechanism)
CH3 C
O
OC2H5
+ CH3 C
O
OC2H5OH-
-
OH
CH3 C
O
OC2H5
-
OH
CH3 C
O
OH
+ C2H5O-
反応後の酸処理
カルボン酸エステルの加水分解は実質上不可逆反応である。
CH3 C
O
O-
+ C2H5OH
CH3 C
O
O-
+ H3O+CH3COOH + H2O
不良な脱離基であるアルコキシドイオンが脱離するのは、最終生成系が安定なためである。
NH C
O
CH3 + OH- NH C
O
CH3
OH
-
NH C
O
CH3
OH
-
NH-
+ CH3CO
OH
NH2 + CH3COO-
問題７－１
アミドの加水分解反応は進行しにくい。
NH2
..NH..
+ H+..
-pKa
アニリンのpKa
pKa = ca. 25
NH3 NH2
..+ H+
pKa+
pKa = 4.65 at 25 oC
７．３ アルコールとの反応
ハロゲン化アルカノイル（ハロゲン化アシル）の生成機構
CH3COOH + SOCl2 CH3COCl + SO2 + HCl
(Mechanism)
CH3 C
O
OH + S
O
Cl ClCH3 C
O
O S
H
O
Cl
Cl
+-
CH3 C
O
O S
OH
Cl
Cl
CH3 C
O
O S
O
Cl
Cl
H
CH3 C
O
O S
OH
Cl
+
+ Cl CH3 C
O
O S
O
Cl + HCl
CH3 C
O
O S
O
Cl+ CH3 C
O
Cl + SO O
+ Cl-
-
Cl-
3s 3p 3dsp2
3pz 3d
S
OO
3s 3p 3d 3d
SCl Cl
O
sp3
COOH PBr3COBr
- H3PO3
+
R C
O
OHP
Br
Br
Br
+ R C O P
Br
Br
+ Br-
O H
+R C O P
Br
Br
+Br
O H-
R CO
Br+ O P
Br
Br
H
三ハロゲン化リンはLewis酸、Lewis塩基の両方の性質を持つ。
P
OH
HO
OH
P
OH
O
OH
H
亜リン酸の平衡
pKa = 1.5, 6.79
C2H5OH+CH3COCl CH3COOC2H5 + HCl
(Mechanism)
C2H5 OH + CH3 C
O
Cl CH3 C
O
Cl
C2H5 OH+
-
CH3 C
OH
Cl
C2H5 O
CH3 C
OH
Cl
C2H5 O
CH3 C
OH
Cl-
C2H5O
+
+ CH3COOC2H5 + HCl
反応系中にトリエチルアミンなどの塩基を共存させてトラップする。
OH
CH3CCl
O
+
OCCH3
O
+ HClN
CH3CCl
O
N+
H3C C
O-
Cl
N+
H3C C
O-
Cl
N+
H3C
C
O
Cl-N+ +
必ずしも教科書の機構が正しいとは限らないという例
H3C
C
O
N+
+R OH R O
H
C
O-
CH3
N++
R O C
OH
CH3
N+
R O C
OH
CH3
N+ R O C
OH
CH3
N+
+
ROCCH3
O
+ N+H
エステル化反応 principle of microscopic reversibility（微視的可逆性の原理）
C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5 + H2OH+
平衡定数 K = 3.4
(Mechanism)
CH3 C
O
OH
+ H+ CH3 C
O
OH
H
+
CH3 C
O
OH
H+
CH3 C
O
OH
H
+
+ C2H5 OH CH3 C
O
OH
H
+
C2H5 OH
CH3 C
O
OH
H
C2H5 OH
+
CH3 C
O
OH
H
C2H5 OH
+
CH3 C
O
OC2H5
H
+
+ H2O CH3COOC2H5 + H3O+
+ H2OH+
HOCH2CH2CH2COOHO O
-butyrolactone(dihydro-2(3H)-furanone)
4-hydroxybutanoic acid
分子内エステル化反応
命名法（CAS)
O
furane
O O
2(3H)-furanoneO O
dihydro-2(3H)-furanone
HOCH2CH2CH2C
O
OH+ H+
HOCH2CH2CH2C
O
OH
H
+
HOCH2CH2CH2C
O
OH
H
+
O
H
+
OH
OH O+
OH
OHH
O+
OH
OHH
OOH
++ H2O
OO
+ H3O+
問題７－２
次のようなメカニズムは正しいか？
正しくないという証明
COH + CH318OH
H+
C18OCH3
O O
+ H2O
+ H++
C2H5 OH C2H5 OH
H
CH3 C
O
OH
+CH3CH2 OH
H
+ CH3 C
O
O CH2CH3
H
+ + H2O
CH3COOC2H5 + H3O+
問題７－３
COH + CH318OH
H+
C18OH
O O
+ H2O
COH +
O
H+ COH
O H+
COH
O H+
CH318OH+ COH
O H
+CH3
18OH
COH2
O H
+
CH318O
COH2
O H
+
CH318O
C
O H+
18OCH3
+ H2O C
O
18OCH3
+ H3O+
2010年度ノーベル化学賞受賞
鈴木 章 （北海道大学）
根岸 英一 （パーデュー大学）
リチャード ヘック （デラウエア大学）
（R1, R2 = アリール など、X = I, Br, Cl, OTfなど、Y = OH）
鈴木－宮浦カップリング反応
H+
+C11H23COOC2H5 + CH3OH C11H23COOCH3 C2H5OH
エステル交換反応（Transesterification)
(Mechanism)
R C
O
OC2H5
+ H+R C
O
OC2H5
H+
R C
O
OC2H5
H+
+ CH3OH R C
O
OC2H5
H
+CH3 O
H
R C
O
OC2H5
H+
CH3 O H
ethyl undecanoate methyl undecanoate
R C
O
OC2H5
H+
CH3 O H
R C
O
OCH3
H+
+ C2H5OH
R C
O
OCH3
+ C2H5OH2+
問題７－４
R C
O
OC2H5
+
R C
O
OCH3
+ C2H5O-
-OCH3 R C
O-
OC2H5
OCH3
R C
O-
OC2H5
OCH3
HO
H
H H+ CH3COCCH3
O O
CH3CO
H
H HO + CH3COOH
cholesterol cholesteryl acetate
カルボン酸無水物とアルコールとの反応
(Mechanism)
R OH CH3 C
O
O C
O
CH3+ CH3 C
O
O C
O
CH3
OHR+
-
CH3 C
OH
O C
O
CH3
OR
CH3 C
OH
O C
O
CH3
OR
CH3 C
OH
OR
+
+ CH3COO- ROCCH3
O
+ CH3COOH
液晶（liquid crystals)
ネマティック スメクティック コレステリック（キラルネマティック）
N相 S相 C相ディスプレーなどに多用
粘度が高く応答速度が遅い
電子ペーパー（薄型読書用ディスプレー）など
玉虫、刺身の水色の反射
OOO
+ CH3 OH
O OO
OCH3
H+
-O OH
O
OCH3
O OHO
OCH3
O OHO
OCH3
-
+
HOOCCH2CH2COOCH3
ジカルボン酸モノエステル
問題７－５ 無水コハク酸（ブタン二酸無水物）からコハク酸モノメチルエステル（ブタン二酸モノメチルエステル）の合成
カルボン酸アミドとアルコールとの反応からカルボン酸エステルの生成
pKa (NH4+) = 9.2
+
C
O
NH2
C2H5OH/HClC
O
OC2H5
(Mechanism)
C
O
NH2 + H+C
O
NH2
H
+C
O
NH2
H
+
C
O
NH2
H
+ C2H5 OH
+
C
O
NH2
H
C2H5O
H
+C
O
NH3
H
C2H5O
+C
O
NH3
H
C2H5O
C
O H
C2H5O
+
+ NH3 C
O
C2H5O
+ NH4+
７．４ カルボン酸との反応
CH3COOH + CH3COClpyridine
CH3COCCH3
O O
+ HCl
CH3 C
O
OH
(Mechanism)
+ CH3 C
O
Cl CH3 C
O
Cl
OH COCH3
-
+
CH3 C
O
Cl
O COCH3
H
CH3 C
O
Cl
O COCH3
H
CH3 C
OH
OCOCH3
+
+ Cl- CH3COCCH3
O O
+ HCl
７．５ アミンとの反応
pKa = 4.6 R効果
アルキルアミン pKa = 10～11
NH2NH2
-
NH2
-
NH2
-
+ + +
H3C CO
Cl+ NH2 NH C CH3
O
+ HCl
NH2 H3C CO
Cl+ CCH3
O
Cl
NH
H
Ph+
-
CCH3
OH
Cl
N
H
Ph
CCH3
OH
NH Ph
+
+ Cl- CCH3
O
NH Ph
Ph-NH3+Cl-Ph-NH2
CH3COCl + 2 NH3 CH3CONH2 + NH4Cl
COCl + [(CH3)2CH]2NHNaOH/H2O/CH2Cl2
C
O
N[CH(CH3)2]2 + HCl
Schotten-Baumann反応
疎水性の大きなハロゲン化アルカノイルとアミンの反応副生する塩酸の処理が簡単（工業的利用）
CH3COCCH3
O O
+ 2 CH3CH2NH2
アミンとカルボン酸無水物との反応
CH3C
O
NHCH2CH3 + CH3CH2NH3+CH3CO2
-
アミンとカルボン酸エステルのアンモニア分解反応
(Mechanism)
COOCH3
NO2
+ NH3
CONH2
NO2
+ CH3OH
R C
O
OCH3
+ NH3 R C
O-
OCH3
NH3+
R C
O-
OCH3
NH3+
+ NH3R C
O-
OCH3
NH2
+ NH4+
R C
O-
OCH3
NH2
+ H NH3
+
R C
O
NH2
+ CH3OH + NH3
電子求引性基で活性化されたエステルで、容易に進行する。
活性カルボン酸エステルのアンモノリシス
NC CH2 C
O
O C2H5 + NH3
H2O
NC CH2 C
O
NH2 + C2H5OH
７．６ カルボアニオンとの反応
CH3COCH3
O
CH3CCl
O
CH3CN(CH3)2
O
CH3CCH3
O
pKa 25 30
16 20
C
O
OCH3
C
O
CH3
-H+
-H+
H3C
H3C
C
O
OCH3H2C C
O
OCH3H2C
C
O
CH3H2C
C
O
OCH3H3C C
O
OCH3H3C+
C
O
CH3H2C
反応座標
エネルギー ester
ketone
エステルはケトンよりもKaはより小さい。pKaはより大きい。
C
O
OCH3
C
O
CH3
-H+
-H+
H3C
H3C
C
O
OCH3H2C C
O
OCH3H2C
C
O
CH3H2C
C
O
OCH3H3C C
O
OCH3H3C+
C
O
CH3H2C
共鳴によって安定化されたカルボアニオン
H3C C
O
OC2H52 CCH3
O
CH2COC2H5
OC2H5O-
Claisen Reaction
H2C C
O
OC2H5+ C2H5O-
H
H2C C
O
OC2H5
enalate anion
H2C C
O
OC2H5 CH2 C
O
OC2H5
-
1) C2H5ONa
2) H+
H3C C
O
OC2H5
CCH3
O
CH2COC2H5
H2C C
O
OC2H5+
CCH3
O
CH2COC2H5
O
O
OC5H5
+ C2H5O-
CCH3
O-
C CH3 C
O
C C
O
OC2H5
HH
C
O
OC2H5
+ C2H5OHCCH3
O
C
H
C
O-
OC2H5
反応座標
エネルギー
CH3COOC2H5+ C2H5O-
CH2 C
O-
OC2H5
CH3 C
O-
OC2H5
CH2COOC2H5
CH3 C
O
CH2COOC2H5
+ C2H5O-
CH3 C
O
CH C
O-
OC2H5
+ C2H5OH
C C
CH3O
OC2H5
+ C2H5O-
CH3
H
C C
CH3 O
OC2H5
+CH3
-
C2H5OH
C C
CH3O
OC2H5
CH3
-
C C
CH3 O
OC2H5
CH3
H
+
C C
H3C O
OC2H5
CH3
H
C
CH3
CH3
C
O
OC2H5
-
C C
H3C O
CH3
H
C
CH3
CH3
C
O
OC2H5
+ C2H5O-
２-メチルプロパン酸エチル
この条件では単離できない。
C C
CH3O
OC2H5
+-
CH3
H
C C
CH3O
OC2H5
+CH3
-
H2 + Na+
C C
CH3O
OC2H5
CH3
-
C C
CH3O
OC2H5
CH3
H
+
C C
H3C O
OC2H5
CH3
H
C
CH3
CH3
C
O
OC2H5
-
C C
H3C O
CH3
H
C
CH3
CH3
C
O
OC2H5
+ C2H5O-
Na+ H
問題７－６
混合（交差）Claisen反応
CH3COCH2CH3
O 1) C2H5ONa/C2H5OH
2) H3O++ HCOC2H5
O
HCCH2COC2H5
O O
+C2H5OH
ethyl formylacetate(79 %)
CH3COCH3
OCH3CCH3
O
CH3CCH2CCH3
O OCH3OH
CH3CCH3
ONaH CH2 C
O-
CH3H2
Na+
Mixed Claisen condensation of ester and ketone
+1) NaH, ether
2)H3O+
+
Point
+ +
+
CH3COCH3
O NaH, ether
2) H3O+CH3CCH2CCH3
O OCH3CCH3
O
1)
85 %
エステルとケトンとではa-位の水素はどちらがプロトンとしてはずれ易いか？
CH3COCH3
OCH3CCH3
O
CH3CCl
OCH3CN(CH3)2
O
pKa values of carboxylic acid derivatives
~25 ~20
~16 ~30
CH3COCH3
O NaH, ether
2) H3O+CH3CCH2CCH3
O OCH3CCH3
O
(Mechanism)
O
C CCH3
H
H
H + H-
O
C CCH3
H
H
-
+ H2
O
C CCH3
H
H
-
+ CH3COCH3
OCH3CCH2 C
O
OCH3
CH3
-O
CH3CCH2 C
O
OCH3
CH3
-O
CH3CCH2CCH3
O O
+ CH3O-
CH3CCHCCH3
O O-
+ CH3OH
1)
CH3CCHCCH3
O O-
+ H3O+CH3CCH2CCH3
O O
+ H2O
85 %
問題７－７
C
O
OCH3
CH
H
H
C
O
OC2H5
OH-
CH
H
C
O
OC2H5
-
CH
H
C
O
OC2H5
-
CH3 C
O
OC2H5+ CH3C
O
CH2C
O
OC2H5
CH
H
C
O
OC2H5
-
C
O
OCH3+ C
O
CH2C
O
OC2H5
Dieckmann Condensation （1894年頃）
CC
C
O
OC2H5
O
OC2H5
H H
C2H5O-
CC
C
O-
OC2H5
O
OC2H5
H
+
+ C2H5OH
アジピン酸ジエチル 2-カルボエトキシシクロペンタノン
C
C
O
OC2H5
O
OC2H5
C2H5O-
C
O
OC2H5O
CC
C
O-
OC2H5
O
OC2H5
H
CC
C
O
OC2H5
O-
OC2H5
H
C
C
C
O
OC2H5
O-
OC2H5
H
CC
C
O
OC2H5
O
C2H5O-
H
+
問題７－８の答え
Acyloin condensation
CH3CH2CH2COOC2H521) Na/ether
2) H3O+
ethyl butanoate
CH3CH2CH2C CHCH2CH2CH3
O OH
butyloin, 70 %
(Mechanism)
C
O
OC2H5 +R Naelectron transfer
C
O
OC2H5R
-
+ Na+
C
O
OC2H5R
-
radical anion
2R C
O-
H5C2O
C
O-
OC2H5
Rcoupling
R C
O-
H5C2O
C
O-
OC2H5
R-C2H5O-
R C
O
C
O-
OC2H5
R-C2H5O-
R C
O
C
O
R
R C
O
C
O
RNa
R C
O
C
O
R
-
NaR C
O
C
O
R
- -
R C
O
C
O
R
- -
R C
O
C
O
R
- -
+ 2H3O+ R C
OH
C
OH
R + 2H2O
R C
O
C
OH
R
H
R C
OH
C
OH
R
桂皮酸エチル
Ethyl cinnamate
マロン酸ジエチル
Michael Addition
CH CH CO
OC2H5
+ C2H5O C
O
C C
O
OC2H5
H
H
C2H5O-
CH
CH2 CO
OC2H5
COOC2H5
COOC2H5
HC
エノラートイオンによるa,b-不飽和カルボニル化合物への1,4-付加反応
C2H5O C
O
C C
O
OC2H5
H
H
+ C2H5O-
C2H5O C
O-
C C
O
OC2H5
H
+ C2H5OH
C2H5O C
O
C C
O
OC2H5
H
..
C2H5O C
O
C C
O-
OC2H5
H
C2H5O C
O-
C C
O
OC2H5
H
CH CH CO
OC2H5
+
CH CH COC2H5
CH
COOC2H5
COOC2H5
O-
CH CH COC2H5
CH
COOC2H5
COOC2H5
O-
+ C2H5OH
CH CH2 COC2H5
CH
COOC2H5
COOC2H5
O
+ C2H5O-
OH
CH
COOC2H5
COOC2H5
O
CH
COOC2H5
COOC2H5
C2H5ONa
O
+ C2H5OCCH2COC2H5
O O
O O-
+
1,4-diploea,b-unsaturated carbonyl
７．７ 有機金属との
反応
Mg EN = 1.3
C EN = 2.6
Grignard試薬
(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2
10
Mg (AN 12)
Mg + H3C I H3C Mg+I-
CH3 MgCl + R C
O
Cl CH3 C
O
R
MgCl
Cl
CH3 C
O
R + Cl- CH3 C
O
R + MgCl2
CH3 C
O
R + CH3 MgCl CH3 C
OMgCl
CH3
R alcohol
MgCl+
Grignard試薬とハロゲン化アルカノイルとの反応
さらに
CH3 MgCl + Cl Cd Cl CH3 Cd Cl
CH3 Cd ClCH3 MgCl + CH3-Cd-CH3
+ MgCl2
+ MgCl2
R C Cl
O+ CH3-Cd-CH3 R C
O
Cl
CH3
Cd
R C
O
CH3
Cd+
+ Cl- R C
O
CH3Cd+ Cl
CH3
CH3
CH3
Cdの電気的陽性(EN = 1.7)がMg(EN = 1.2)より低くケトンと反応しない
(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)2(3d)10(4p)6(5s)2(4d)10
10 10 10 18
Cd (AN 48)
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f5s 5p 5d 5f6s 6p 6d
7s 7p
シモンの列
CdはZn同属体
Cd EN = 1.7
Cl EN = 3.2
Cd2+Cl-Cl-CdCl2
三井金属鉱業神岡（亜鉛の精錬所）岐阜県飛騨 ［カミオカンデ（小柴）、カムランド］
イタイイタイ病（神通川流域）富山
MgBr + CH3C OC2H5
O
CH3 C
O
OC2H5
MgBr
H3CC
O
+ C2H5OMgBr
H3C
C
O
MgBr+ C
CH3
OH
Grignard試薬とカルボン酸エステルとの反応
MgBr + CH3C OH
O
+ CH3COOMgBr
MgBr + CH3C O
O
+ CH3COOMgBrH
Grignard試薬とカルボン酸との反応
+Br
MgMgBr
MgBr + O C OC
O
OMgBr
CO
OMgBr H3O+
CO
OH
余談
有機リチウムはGrignard試薬とよく似た反応性を示す。
COOCH3
1)
2) H3O+
CH3
C OH
CH3
CH3Li/pentane
methyl cyclohexane-carboxylate 2-cyclohexyl-2-propanol
R C
O
OC2H5+ CH3 Li R C
O
CH3
OC2H5
Li
R C
O
CH3
+ C2H5OLi
R C
O
CH3
+ CH3Li R C
OH
CH3
CH3
問題７－１０
R C
O
OH + R C
O
OLi
R C
O
OLi
+ (CH3)3C
+ (CH3)3CH(CH3)3C Li
Li R C
OLi
OLi
C(CH3)3
R C
OLi
OLi
C(CH3)3
H2O
R C
O
OH
C(CH3)3
gem-diol
H
R C
O
OH
C(CH3)3
gem-diol
R C
O
C(CH3)3
H
+ H+R C
O
C(CH3)3
H+
+ H2O
+ H3O+
R Li + O C O R CO
OLi
R C
O
OLi+ R Li
R
C
OLi
OLiR
R
C
OLi
OLiR+ 2H2O
R
C
OH
OHR+ 2LiOH
R
C
OH
OHR
H+ R
C O
R
R = phenyl
教科書にはない
７．８ ヒドリド還元
R C
O
Cl
NaBH4RCH2OH
カルボン酸誘導体では、ハロゲン化アルカノイルのみがNaBH4で還元される。
R C
O
OC2H5H Al
H
H
H+ R C
O AlH3
H
OC2H5
R C
O
H+ (C2H5O)AlH3
R CO
HRCH2OH
カルボン酸エステルとLiAlH4との反応
O
O
O
1) LiAlH4
2) H3O+
OH
OH
OCH2CNH2
O1) LiAlH4
2) H3O+OCH2CH2NH2
カルボン酸無水物もLiAlH4で還元される。
アミドの還元には、やや強い条件が必要。
７．９ 付加－脱離反応の分子軌道法的取り扱い
塩化アセチルのLUMO
酢酸のHOMO 酢酸のLUMO
R C
O
L + E+ R C
O
L
E
+
R C
O
L + E+R C
O
L
E+
８ 求電子付加反応
C C + E+C C
E
+
or C C
E+
C C
E
+
or C C
E+
+ Nu-
C C
E
Nu
８．１ ハロゲンの付加
Rate =dt
d[alkene]= k[alkene][Br2]
+C C
CH3
H
H
H
Br2 C C
CH3
H H
HBr
BrCCl4
２分子的求電子付加反応（bimolecular
electrophilic addition reaction, AdE2）
C C
Br Br
C C
Br Br
C C
Br Br
C C
Br
++ Br- C CBr Br
１）協奏機構
２）カルボカチオン機構
Br BrBr Br
syn 付加
起こらない
+ Br2
Br
Br
cyclopentene trans-1,2-dibromocyclopentane
実験事実は
+ Br
Br
Br
+
+ Br-
Br
H ++ Br-
Br
H
Br
H
H
Br
Br
H
この機構も否定される。
C C
H H
COOH+
HOOCBr2
H2O
C C
Br
BrHOOCH
HCOOH
C C
Br
BrHOOC
H
HCOOH
(R,R) (S,S)
C C
H
H
COOH
HOOC+ Br2
H2OC C
Br
BrHOOCH
COOHH
maleic acid
fumalic acidmeso-form
Br2
H
C
H3C
C
CH3
H
+CH3COOH
C C
Br
BrH3C
H
HCH3
(E)-2-butene meso-2,3-dibromobutane
+ I2
CH3COOHI
I
C C + Br Br C C
Br
+ Br-
+
C C
Br+
C C
Br
C C
Br
+ Br-C C
Br
Br
+
+
......
.. ..
+
+
ブロモニウムイオンの生成機構
C C C C
Br
+ Br
+Br
Br
-
C C
H
H
H
H
+ Br Br C C
Br
HH
H
H
+
C C
Br
HH
H
H
+
+ Br-
C C
Br
HH
HH
Br
bromoniumion
+ Br-
C C
CH3
H
CH3
H
Br Br
C C
CH3
H H
Br
Br
CH3d+
d-
なぜ求電子反応なのか？
誘起双極子（Induced Dipole)
C C
H H
CH3
+ Br Br C CH
HCH3
C C
Br
HH
CH3
+
+ Br-
Br
C CH
HCH3
+
+
BrC C
H H
CH3
Br+
CR1 R2+
CR1 R2
+
CR1 R2
+
CR1 R2
+
問題８－１の答え
フェニル基（アリール基）によるカルボカチオンの安定化
+
C CH
HCH3
Br+
+ Br-
C CH H
CH3
Br
C C
H
HCH3
Br
Br
Br
1 2
1R,2S
1S,2S
C CH
HCH3
+
Br
C C
H HCH3
Br
C CH
HCH3
Br
Br
Br
1S,2R
1R,2R
C C
H
C CH
HCH3
Br
Br
Br
1S,2S
1R,2R
C C
Br
HH
CH3
+ CH3
H
Br
C C
H
C CH
HCH3
Br
Br
Br
1S,2S
1R,2R
CH3
H
Br
C C
H H
CH3
Br+
表1 (Z)-1-フェニルプロペンのBr2付加に対する溶媒効果
溶媒 誘電率, e syn (%) anti (%)
四塩化炭素 2.238 12 88
酢酸 6.15 27 73
ジクロロメタン 7.77 30 70
ニトロベンゼン 35.704 55 45
Syn付加はカルボカチオン中間体を経るときのみ起こる。
+ Br BrC CH H
CH3
C CH H
CH3
Br Br
+
C C
H HCH3
Br Br
1R,2S
1S,2R
C C
H
Ph
H
CH3
(100 - x)%
C
Br
C C
Br
C
Ph CH3 PhCH3
H H H H
+ +
SS, RR
x%
C C
BrBr
Ph CH3
H H
C C
BrBr
Ph CH3
H H
C C
Br
Br
Ph
CH3
H
H
C C
Br
Br
Ph
CH3
H
H
RS RR
SSSR
syn : anti = 12 : 88 in CCl4
x % の内の半分、つまり0.5x %がsyn %
CCl4中では0.5x = 12
よってxは24 %となる。
ニトロベンゼン中、ｓｙｎ％ ＝ ５５％はおかしな結果である。実験誤差か？
どちらにしても、ニトロベンゼン中ではほとんどがカルボカチオン経由ということがいえる。
問題８－２
多くの例がある。
(6-19), 問題(6-4),(6-38),(6-41),(6-52),
(6-71),(6-75),(6-100),(6-101),(6-115),
(6-124)
８．２ アルケンへのハロゲンの付加反応に対する分子軌道法的取り扱い
エテン（エチレン）のHOMO Br2のLUMO
ブロモニウムイオンのLUMO
８．３ プロトン酸の付加
C
CH3
CH3
CH2 + HCl
CH3
CCH3 Cl
CH3
CCH3
CH3
H
CH2Cl
Markovnikov rule
プロトン酸の付加
ether
（１）ハロゲン化水素の付加
C
CH3
CH3
CH2 + H+
CH3
CCH3
CH3
CCH3
CH3
H
CH2
Markovnikov rule
+
+
tertiary
primary
アルケンへのハロゲン化水素の付加では、水素はより置換基の尐ないアルケンの炭素に付く。
C
CH3
CH3
CH2 + H+
CH3
CCH3
CH3
+
CH3
CCH3
CH3
+ + Cl-
CH3
CCH3
CH3
Cl
Markovnikov付加の機構
+C CH
H
H
CH3
C CHH
H
CH3
H
H+
+
C CHH
H
CH3
+H
プロトニウムイオンは理論的に考えられない。
pp軌道へ供与する電子がない
この付加反応はanti-とsyn-付加で起こる。
CH3
CH3
+ HCl
CH3
CH3
H
Cl
+
CH3
Cl
H
CH3
anti syn
-
CH3
CH3
+ H+
CH3
CH3
+
H
CH3
CH3
+
H+ Cl
CH3
CH3
H
Cl
+
CH3
Cl
H
CH3
DBr
C C
D Br
C C
D
D Br
Br-
C C
D Br
D Br
+ +
syn-addition
+
AcOH
syn : anti = 3 : 1acenaphthylene
エテン（エチレン）へのHXの付加
C C
H
H
H
H
+ HBr C C
H
H
H
H
H Br
C C
H
H
H
H
+ H+C C
H
H H
H H
+
(Mechanism)
(?)
本当に第１級カルボカチオンができるのか？ 証拠はない。
C C
H
H
H
H
+ HBr C C
H
H
H
H
H Br
C C
H
H
H
HH+
(A plausible mechanism)
Br-
C C
H
H
Br
H
H H
AdE3 mechanism
・
・ + Br・
・・
H3C
C
H3C
CH2HBr
ROOR 2 RO
RO HBr ROH
Br
H3C
C
H3C
CH2 H3C C
CH3
CH2Br
H3C C
H
CH3
CH2Br
anti-Markovnikov addition
+
peroxide
+
+
Peroxideの分解 〔例〕 ベンゾイルパーオキシド (BPO)
C
O
O O C
O
O C
O
2
ベンゾイルオキシラジカル
H3C C
CH3
CH2Br
H3C C
CH3
CH2Br HBr
HH2C C
CH3
CH2Br
H3C C
H
CH3
CH2Br Br+ + ・・
・C
.
酸素存在下では
O O + HBr O O +H Br
精製直後のアルケンを用いた時はMarkovnikov則に従う。
古いアルケンの場合にanti-Markovnikov則に従うようになる。
?
アルケンと酸素から過酸化物？
Allylic Substitution アリル置換
allyl radicalは安定
NBSのN-Br結合は弱い
+ RO + ROH
+ NBr
O
O
Br + N
O
O
N
O
O
+ + NH
O
O
アリルラジカルの安定性
問題８－４
CH3
+ HBr
CH3
Br
+ HBr
Br
+
Br
水の付加 Hydration
+C CH2
CH3
CH3
H2O C OH
CH3
CH3
CH3
(Mechanism)
C CH2
CH3
CH3
+ C CH3
CH3
CH3
H2SO4
H++
C CH3
CH3
CH3
+
+ H OH C CH3
CH3
CH3
+
H OH
C OH
CH3
CH3
CH3
+ H+
H2O-THF
Hg(OAc)2
HgOCCH3
OH
O
NaBH4
NaOH-H2OOH
オキシ水銀化Oxymercuration
+ Hg
OCOCH3
OCOCH3
Hg OCOCH3 + CH3COO-
Hg OCOCH3
+
+
+ H2O
Hg OCOCH3
+OH2
Hg OCOCH3
+OH2
+ CH3COO-
Hg OCOCH3
OH
+ CH3COOH
Hg OCOCH3
OH
NaBH4/NaOH
OH
マーキュリニウムイオン(6s)2
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p
2
4 10
12 18 30
20 36 48 70
38 54 80
56 シモン系列
Hgは(d)10であり亜鉛の同族元素である。
HgOCOCH3
Hg
OH
OCOCH3
B
H
H H
H
H2O
HgOCOCH3
OH
Hg
H+
HgOCOCH3
OH2+
OH
CH3COO-
++
+
+-
+
+BH3 +
立体特異的にanti-付加
オキシ水銀化は形式上，アルケンへの水のMarkovnikov付加で、100% anti-付加で進行する。
立体的に込み合っている
CH31) Hg(OAc)2/H2O-THF
2) NaBH4/NaOH-H2O
CH3
OH
CH3
HgOCOCH3
+ H-OH
CH3
HgOCOCH3
OH
CH3
OH
HgOCOCH3
+
８．４ ヒドロホウ素化－酸化反応
H2C CHCH3 H2C CHCH3
HO H1) BH3/diglyme
2) H2O2/OH-
anti-Markovnikov addition
1979 Novel prize
Hydroboration-Oxidation Reaction
H. C. Brown
ヒドロホウ素化ー酸化反応
CH3OCH2CH2OCH2CH2OCH3 diglyme
ジエチレングリコールジメチルエーテル
Lewis acid Lewis base
B: AN = 5
1s 2s 2p
2s 2psp2
B
H
H
H
O+ B
H
H
H
O- +
Hydroboration
CH3CH CH2 + BH2H CH3CH2CH2 BH2
CH3CH CH2 + CH3CH2CH2 BH2 (CH3CH2CH2)2BH
CH3CH CH2 + (CH3CH2CH2)2BH (CH3CH2CH2)3B
trialkyl borane
Oxidation of trialkylborane to trialkylborate ester
H2O2 + OH- HO2- + H2O
(CH3CH2CH2)3B + OOH- (CH3CH2CH2)3B OOH-
(CH3CH2CH2)2B O-
OH
H3CH2CH2C
(CH3CH2CH2)2B OCH2CH2CH3 + OH-
(CH3CH2CH2)2B OCH2CH2CH3 + OOH-
B(OCH2CH2CH3)3 + OH-
trialkyl borate ester
CH3CH2CH2B(OCH2CH2CH3)2 + OH-
CH3CH2CH2B(OCH2CH2CH3)2 + OOH-
pKa 11.6
Hydrolysis of trialkylborate ester
(CH3CH2CH2O)3B + H-OH (CH3CH2CH2O)3B OH
H
+-
(CH3CH2CH2O)2B OH
H
+-
H3CH2CH2CO
CH3CH2CH2OH + (CH3CH2CH2O)2BOH
(CH3CH2CH2O)2BOH + H2O CH3CH2CH2OH+ CH3CH2CH2OB(OH)2
CH3CH2CH2OB(OH)2 + H2O CH3CH2CH2OH + B(OH)3
CH3CH CH2
BH3
CH3CH CH2
H BH2
d+
d-d-
d+CH3CH CH2
H BH2
complex transition state monoalkylborane
ヒドロホウ素化反応はアルケンへのBH3のanti-Markovnikov形syn-付加反応である。
CH3CH CH2 H BH2+ CH3CH CH2
BH2H-
+
CH3CH CH2
BH2H-
+ CH3CH2CH2BH2
very fast
syn addition
CH3
1) BH3/THF
2) H2O2/OH- CH3
OH
H
H
ヒドロホウ素化-酸化反応は形式上，アルケンへの水のanti-Markovnikov付加 (syn付加）である．
BH3のLUMO 2-メチルプロペンのHOMO
問題８－５
CH CH2
1) BH3
2) H2O2/OH-CH2 CH2
C
O
CH3
1) NaBH4
2) H3O+CH CH3
OH
OH
８．５ カルベンの付加
C
L1
L2 C1,1-elimination
carbene
C
singlet carbene
C
triplet carbene
sp2 sp
1,1-脱離
一重項カルベン 三重項カルベン
C C
一重項カルベン 三重項カルベン
CHCl3 + (CH3)3CO-K+DMSO
C
Cl
Cl
+ (CH3)3COH + KCl
(Mechanism)
H
CCl Cl
Cl
+ B- CCl Cl
Cl
-
CCl Cl
Cl
-
C
Cl
Cl
+ Cl-
dichlorocarbene
pKa of CHCl3 = 24~25
CH2Cl2 + C4H9Lihexane
C
Cl
H
+ C4H10 + LiCl
chlorocarbene
CH2 N N+ -
CH2 N N+
- hC
H
H
+ N N
methylene carbenediazomethane
CH3
C
H
C
CH3
H
CHBr3/(CH3)3CO-K+
CH3
H
CH3
HBr
Br
(Mechanism)
CHBr3 + (CH3)3COK C
Br
Br
+ (CH3)3COH + KBr
CH3
C
H
C
CH3
H
C
Br Br
CH3
H
CH3
HBr
Br
カルベンはLewis酸性が強い。
協奏機構
立体保持
CHCl3 / C4H9Li Cl
Cl
7,7-dichlorobicyclo[4.1.0]heptane(7,7-dichloronorcarane)
7,7-ジクロロノルカラン
H3C
C
H
C
CH3
H
(C6H5)2C N N
H3C
C
H
C
CH3
HC
Ph
Ph
H3C
C
H
C
H
CH3C
Ph
Ph
++ - h
+
....diphenyldiazomethane
立体保持 立体反転
C N N
C N N
C N N+ -
C N N
- +
ジフェニルジアゾメタンの電子構造の決め方
X
○
C N N C N N
C C
C C
-N2
+ - h+-
Stabilization of triplet carbene
.... ....
.
..
.
...
.
diphenylmethylene
N N+ -
(C6H5)2Ch
C6H5 C C6H5 + N2
CH3
C
H
C
CH3
H
C6H5 C C6H5+
CH3
C
H
C
CH3
H
C C6H5
C6H5
CH3
C
H
C
CH3
H
C C6H5
C6H5
H
C
CH3
C
CH3
H
C C6H5
C6H5
CH3
H
CH3
HBr
Br
H
C
CH3
C
CH3
H
C C6H5
C6H5
H
CH3
CH3
HBr
Br
Carbenoid CH2I2/Zn-Cu system
C I
H
I
H + Zn C Zn
H
I
H I
C Zn
H
H I
I
C Zn+
H
H I
I-
..
Zn: AN = 30
(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)10(4s)2
H3C I + Zn H3C Zn I
Grignard reagent
Mg: AN = 12
(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2
H3C Br + Mg H3C Mg Br
CH2I2 / Zn-Cu
norcarane
(bicyclo[4.1.0]heptane)
H3C H
H CH3
+ C
H
H
H3C
H
H
CH3
問題８－６
８．６ 相間移動触媒
Phase-transfer Catalyst
N
C4H9
C4H9
C4H9
C4H9+
Br-
N
C8H17
CH3
C8H17
C8H17+
Cl-
TBAB TOMAC
N
R
R
R
R+
X- + OH
-N
R
R
R
R+
OH- + X
-
Phase-transfer Catalyst
N
R
R
R
R+
Cl- + OH- N
R
R
R
R+
OH- + Cl-
N
R
R
R
R+
OH- + CHCl3N
R
R
R
R+
Cl- + H2O
+ CCl2
aq
org
..
CHCl3/50 % aq. NaOH
quaternary ammonium salt
Cl
Cl
(Mechanism)
R N
R
R
R
+Cl- (aq) + NaOH (aq) R N
R
R
R
+OH- +(aq) NaCl
(aq)
R N
R
R
R
+OH- (aq) R N
R
R
R
+OH- (org)
CHCl3 (org) + R N
R
R
R
+OH- (org) CCl2 (org)
R N
R
R
R
+
+
Cl-
H2O (org)
(org)
1-C4H9OH + C4H9-O-C6H13 + HCl
NaOH/Bu4NHSO4-
+
Bu4NHSO4-(aq)
++ OH- Bu4NOH-(aq)
+
+ HSO4-
Bu4NOH-(aq)+
Bu4NOH-(org)+
Bu4NOH-(org)+
+ 1-C4H9OH Bu4N(C4H9O-)(org)+
+ H2O
Bu4N(C4H9O-)(org)+
+ C4H9-O-C6H13(org)
+ Bu4NCl(org)+
Bu4NCl(org)+
Bu4NCl(aq)+
1-C6H13Cl
1-C6H13Cl
CHBrCH2BrNaOH/Bu4N+HSO4
-
E2C CH + 2HBr
問題８－７
両方とも有機溶媒に無機の塩基あるいは求核剤を溶解させ、その活性を上げることができる。
クラウンエーテルでは単一の溶媒が使えるが、相間移動触媒では有機溶媒－水の二相系である。
18-クラウン-6のカリウム包接錯体
８．７ 過酸との反応
m-クロロ過安息香酸
(MCPBA)
CH3
C
H
C
H
CH3
C C
O
H3CH CH3
H
Oxidation of alkenes by peroxycarboxylic acid
MCPBA, CH2Cl2
trans-2,3-dimethyloxa-cyclopropane
Cl
C
O
OO
H
親電子的
立体配置の保持
CO
O
O
H CO
O
O
H
-
+
ClCl
Cl
C
O
O
O
HC
C
+
Cl
C
O
O-+
C
CO
(Mechanism)
H+
C
CO H
+ C
CO H
+fast
C
CO H
+
Cl
C
O
O-+
C
CO +
Cl
C
O
OH
この過程が速いので、syn-付加
９ 共役化合物の化学
有機量子化学で学んでいるので、本講義では省略する。
有機量子化学の範囲であるので第9章は省略する。
１０ 芳香族化合物の特徴と反応性
H
H H
H
H H
0.132 nm
0.155 nm
１０．１ ベンゼンと脂肪族不飽和化合物との反応性の相違
+ Br2
Br
Br
+ Br2
FeBr3Br + HBr
O
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+ No reaction
１０．２ ベンゼンの共鳴安定化（p電子の非局在化）
+ H2
cat.
+ 2H2
cat.
+ 3H2
cat.
H1 = -119.6 kJ/mol
H2 = -231.7 kJ/mol
H3 = -208.4 kJ/mol
H = H3 - 3H1 = -208.4 - (-358.8) = 150.4 kJ/mol
Kekul構造
Dewar構造
Kekulé構造
sp2
pz
qr = JCjr2
j=1
m
(50)
j1 = 0.4083(c1 +c2 +c3 +c4 +c5 +c6)
j2 =0.5774(c1 - c4)+0.2887(c2 - c3 - c5 +c6)
j3 =0.5000(c2 +c3 - c5 - c6)
j4 =0.5000(c2 - c3 +c5 - c6)
j5 =0.5774(c1 +c4)- 0.2887(c2 +c3 +c5 +c6)
j6 =0.4083(c1 - c2 +c3 - c4 +c5 - c6)
q1 = 2(0.40832 + 0.57742) = 1.000
q2 = 2(0.40832 + 0.28872 + 0.50002) = 1.000
問題１０－１
prs = JCjrCjsj=1
m
(52)
p12 = 2(0.4083 x 0.4083 + 0.5774 x
0.2887 + 0 x 0.5000) = 0.67
１０．３ 芳香族性 Hückel則
環状の完全共役ポリエンに含まれるパイ
電子の数が，(4n + 2)個 (n=0,1,2,…n)であ
る化合物は，芳香族性を有し，パイ電子
の非局在化により安定化され，芳香族化
合物特有の反応性を示す．
Hückelの芳香族性（ Hückel則）
+
+ +
..-
+ H+
pKa 16
..-
.. -
..- ..-
N
HNN
NHN
HNN
NH
種々の芳香族化合物
サッカーボール分子 フラーレン
C60
1970 大澤英二 予言
1985 Kroto, Smalley, Curl
らにより合成
1996 ノーベル賞
C60 C70
金属原子内包C60カーボンナノチューブ
問題１０－２
有機量子化学２で学習すること。
問題１０－３
自分で学習し、レポートとして提出すること。
１０．４ ベンゼンの置換基効果
COOH
COOH
NH2
COO-
COOH
NO2
H+
+
pKa
pKa = 4.85 pKa = 3.44
置換基効果とHammett則
COO
N
O O+
-
-
COO
N
O O+
-
-
+
-
COO
N
O O+
-
-
+
-
COO
N
O O+
-
-
+
-
COO
-
COO
-
COO
-
COO
-
N
H HN
H H
N
H H
N
H H+ + +
-
-
-
NOO +
-
NOO +
--
+
NOO +
--
+
NOO +
--
+
NH2-
NH2
+NH2
+NH2
+
-
-
....
..
..
アニリンとニトロベンゼンの静電ポテンシャル計算
NOO +
--
+
NH2
+
-C
O O
-
-C
O O
OH
CH3
OH OHOH
-
-
-
+ + +
CH2 CH2 CH2
-
-
-
+H
+H
+H
......
..
..
..
..
..
１０．５ Hammett則
COOH
X
COO-
XH++
pKa
pKa(H)= log(KX/KH) = - pKa(X)
: Hammettの 置 換 基 定 数
Hammett's Substituent Constants
X p m
N(CH3)2
NH2
OH
OCH3
CH3
C2H5
C6H5
NHCOCH3
-0.83
-0.66
-0.37
-0.27
-0.17
-0.15
-0.01
0.00
-0.21
-0.16
0.12
0.12
-0.07
-0.07
0.06
0.21
Hammett's Substituent Constants
X p m
SH
F
Cl
Br
I
CHO
OCF3
CONH2
0.15
0.06
0.23
0.23
0.18
0.22
0.36
0.36
0.25
0.34
0.37
0.39
0.35
0.36
0.40
0.28
Hammett's Substituent Constants
X p m
COOC2H5
COOH
COCH3
CF3
CN
NO2
N(CH3)3+
N2+
0.45
0.45
0.50
0.54
0.66
0.78
0.82
0.91
0.37
0.37
0.38
0.43
0.56
0.71
0.88
1.76
何故オルト位の置換基に対する置換基定数がないのか？
COOH
NO2立体障害で分子にねじれが生じる効果がpKaに反映されるから。
+
Y
Y
B
+ C
X+
B
+ CX
kH
kX
log(kX/kH) =
A
A
：反応定数
log(kX/kH) =
COOCH3
X+ H2O
OH-
COOH
X+ CH3OH
H
p-CH3
p-N(CH3)2
p-CN p-NO2
log
(kX/k
H)
> 0
COOCH3
X + H2OOH-
COOH
X + CH3OH
C
O-
OH
OCH3
X
.NH2
X+
CCl O.
NH2 C
O
Cl
....
.. ....+
-
X
１０．６ 芳香族求電子置換反応
シクロヘキサジエニルカチオン中間体（カルボカチオン中間体）
+ E+
E
H
+
E
H
+
E
H
+
E
H
+
E
H
+
E
H+ +
+ E+
E
H
+
E
+ H+
反応座標
エネ
ルギ
ー
反応のエネルギー図
+ E+
+
NH2NH2
+
NH2
+
NH2 +NH2
H
E
+
NH2
H
E
H
E
H
E
H
E
.. .. ..
+ E+
E
H
+
NH2 NH2
E
H
+
NH2
E
H
+
NH2
E
H+
NH2
+ E+
E H
+
NH2NH2
E H
+
NH2
E H
+
NH2
E H
+
NH2
E H
+NH2.. .. ..
+ E+
E
H+
E
H+
E
H+
E
H+
NOO
NOO
NOO
NOO
NOO
- -
- - -
++
+ + +
+ E+
E
H
+
NOO
NOO- -
+ +
E
H
+
NOO -
+
E
H
+
NOO -
+
E
H+
NOO -
+
+ E+
E H
+
NOO
NOO- -
+ +
E H
+
NOO -
+
E H
+
NOO -
+
E H
+
NOO -
+
C +
....O
C
O...... -
C N C N
... ..
..+ -
N
O
O
..
..
...
...
...
+
-N
O
O
..
..
...
...
...
+
-
...-
１０．７ 芳香族求電子置換反応の分子軌道法的取り扱い
LUMO
HOMO
OH
LUMO
HOMO
NO2
１１ 芳香族求電子置換反応各論
+ E+
E
H+
E
H+
E
+ H+
１１．１ ニトロ化反応
HNO3HNO3
H2SO4H2SO4
H O NO
OH+H+
H O NO
OH
H2OH2O
H O NO
OH+H+
N OO
H O NO
OH
NOO
N OO
H2OH2O
H2OH2O
NitrationNitration
+
-
+
+
-
+
+-
++
-++
+
+
+
-+ +
+
..
....
.. .. ............ ....
60 ℃
ニトロニウムイオン
pKa = -1.4
pKa = -10
H
NO2
H
NO2
N OO
H
NO2
NO2
H
NO2
H+
H
NO2
Nitration
++
+
+ +
+
++
+
+
X
CH3
OCH3
OH
Cl
CN
NO2
reagent kX/kH o- m- p-
HNO3/AcOH/0°C
HNO3/AcOH/25°C
HNO3/AcOH/20 °C
HNO3/Ac2O/18°C
HNO3/0°C
HNO3/H2SO4/25°C
27
-
-
0.033
58.1 3.7 38.2
41.96.851.3
55 <1 45
69.50.929.6
16.8 80.8 1.9
2.191.86.15.8 x 10-8
OH
OH
H NO2
OH
H
NO2
OH
HNO2
NO2+
OH
H NO2
OH
H
NO2
OH
HNO2
OH
H NO2
OH
H
NO2
OH
HNO2
OH
H NO2
OH
HNO2
+
+ +
+
+
+
+ +
+ +
+
+
......
......
CH3
CH3
H NO2
CH3
H
NO2
CH3
HNO2
NO2+
CH3
H NO2
CH3
H
NO2
CH3
HNO2
CH3
H NO2
CH3
H
NO2
CH3
HNO2
H
H
CH2
H NO2
CH2
HNO2
+
+ +
+
+
+
+ +
+ +
+
+
NOO
NO2+
HNO2
NOO
H
NO2
NOO
H NO2
N OO
HNO2
NOO
H NO2
NOO
H
NO2
NOO
H NO2
NOO
H
NO2
NOO
HNO2
NOO
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+ -
+ - + - + -
+ -+ -+ -
+ - + - + -
(9-28)に対応
NOO
CCH3O
COCH3O
COCH3O
C
N
CCH3O
C
N
+ - +-
+
-+
-
電子求引性置換基
.
COH3C...
.
COH3C..... -
+
.
COH3C..... -
+
.
COH3C..... -
+
.
C C
+
+
+
N.
N.... -
C
N.... -
C
N.... -
問題１１－２
Cl
Cl
H NO2
Cl
H
NO2
Cl
HNO2
NO2+
Cl
H NO2
Cl
H
NO2
Cl
HNO2
Cl
H NO2
Cl
H
NO2
Cl
HNO2
Cl
H NO2
Cl
HNO2
+
+ +
+
+
+
+ +
+ +
+
+
.... .... ..
.... ..
.. ..
ハロゲン置換基の特殊性
問題１１－１
ベンゼン クロロベンゼン
部分速度係数（Partial Rate Factor）X
kH'
koko
km km
kp
kH'
kH'
kH'
kH'
kH'
kH' = kH/6
kCH3 = 2ko + 2km + kp
o% = (2ko/kCH3) x 100m% = (2km/kCH3) x 100p% = (kp/kCH3) x 100
ko = (o% x kCH3)/(2 x 100)km = (m% x kCH3)/(2 x 100)kp = (p% x kCH3)/100
fo = ko/kH' = [(o% x kCH3)/(2 x 100)]/(kH/6) = 3 x (o% /100) x (kCH3/kH)fm = km/kH' = [(m% x kCH3)/(2 x 100)]/(kH/6) = 3 x (m% /100) x (kCH3/kH)fp = kp/kH' = [(p% x kCH3)/(100)]/(kH/6)
= 6 x (p% /100) x (kCH3/kH)
これらの結果から何が解る？
CH3 C2H5 C Cl
Br I COOH NO2
H3C CH3
CH3
47
3
62
31.4
2.3
69.5
5.5
4.0
75
0.029
9 x 10-4
0.137
0.033
0.0011
0.112
0.206
0.0097
0.64
2.6 x 10-5
9.0 x 10-5
2.8 x 10-6
1.1 x 10-8
1.6 x 10-7
7.3 x 10-9
ニトロ化反応に対する部分速度定数
HOMO HOMO
toluene2-phenylpropane
C
H
H H
+ NO2+
C
H
H H
H NO2
+
C
H
H H
H NO2
+
C
H
H H
H NO2
+
C
H
H H
H NO2
+
C
CH3
H3C CH3
H NO2
+
C
CH3
H3C CH3
H NO2
+
C
H
H H
H NO2
+
I効果
共鳴効果
chlorobenzenephenol
HOMO
HOMO
ニトロベンゼンのHOMO
y = -1.4171x - 9.4311
-11
-10.5
-10
-9.5
-9
-8.5
-8
-1 -0.5 0 0.5 1
Hammett's s value
En
erg
y o
f H
OM
O
p-NH2
p-OH
p-CH3 p-Cl
p-COOH
p-NO2
Hammettの値
NO2
NO2
HNO3/H2SO4
90%
10%
H NO2 H NO2
H NO2H NO2
H NO2
H NO2
H NO2
+ +
+
+ +
+ +
共鳴理論での説明
H
NO2
H
NO2
H
NO2
H
NO2
H
NO2
H
NO2
+ +
+
++
+
a-位の立体障害
1-nitronaphthalene 2-nitronaphthalene
188
ナフタレンのHückel MO
j1 = 0.301(c1+c4+c5+c8) + 0.231(c2+c3+c6+c7) + 0.461(c9+c10)
j2 = 0.263(c1+c4-c5-c8) + 0.425(c2+c3-c6-c7)
j3 = 0.400(c1-c4-c5+c8) + 0.174(c2-c3-c6+c7) + 0.347(c9-c10)
j4 = 0.408(c1+c4+c5+c7) - 0.408(c9+c10)
j5 = 0.425(c1-c4+c5-c8) + 0.263(c2-c3+c6-c7)
j6 = 0.425(c1+c4-c5-c8) - 0.263(c2+c3-c6-c7)
j7 = 0.408(c1-c3-c6+c7) - 0.408(c9-c10)
j8 = 0.400(c1+c4+c5+c8) - 0.174(c2+c3+c6+c7) - 0.347(c9+c10)
j9 = 0.263(c1-c4+c5-c8) - 0.425(c2-c3+c6-c7)
j10 = 0.301(c1-c4-c5+c6) - 0.231(c2-c3-c6+c7) - 0.461(c9-c10)
HOMO
LUMO
HOMO
LUMO
量子化学的な説明
LUMO
HOMO
ナフタレンのHOMO
NO2+のHOMOとLUMO
１１．２ スルホン化
Sulfonation
H2SO4 HSO4-
+ H+
S
O
O
HO
HO+ H+
HOH
SHO
O
O
+
H
OH
SHO
O
O
+
SHO
O
O
H2O+
+
..
.. ..
..
. .
....
硫酸中の求電子剤
+ HO S
O
O
+
S
H
O
O
OH
+
S
H
O
O
OH
+
+ S
-O
HO
O
O
S
O
O
OH
+ S
HO
HO
O
O
Electrophile in Sulfonation
SO
O
O
SO
O
O
-
+
Lewis acid
Electronegativity S : 2.5, O : 3.5
発煙硫酸の場合
SO
O
O
+
S
H
O
O
O
+
-
S
H
O
O
O
+
-
SO
O
OH
....
..
....
CH3
H2SO4
CH3 CH3CH3
SO3H
SO3HSO3H
+ +
32% 6% 62%
H2SO4
SO3H
ClH2SO4
SO3H
Cl
Steric hindrance
Inductive effect
CH3
H2SO4
CH3 CH3CH3
SO3H
SO3HSO3H
+ +
32% 6% 62%
0 c
CH3H2SO4
200 c
CH3 CH3CH3
SO3H
SO3HSO3H
+ +
4.5% 54.8% 40.7%
°
°
速度論支配と熱力学支配の反応
SO3H
H2O/H2SO4
100 oC+ H2SO4
ベンゼンのスルホン化反応は可逆反応
Reaction Coordinate
Energy
+ HSO3+
SO3H
H+ + H+
SO3H
+ H2SO4 +
SO3H
H2O
40 C
+ H2SO4 + H2O
160 C
SO3H
96%
82%
°
°
速度論支配の反応
熱力学支配の反応
Reaction Coordinate
Energy
+ H2SO4
SO3H
SO3H
SO3H
分子動力学計算結果（1-ナフタレンスルホン酸）
SO3H
分子動力学計算結果（2-ナフタレンスルホン酸）
１１．３ ハロゲン化
+
3 Br2
Br
+ HBr
Fe
2 Fe + 2 FeBr3
(Mechanism)
+
Br Br
Br2
+ FeBr3 Br+BrFeBr3-
Br+BrFeBr3-
Br
H+
+ FeBr4-
Br
H+
+ FeBr4-
+ HBr
Br
+ FeBr3
+
Cl
+ HCl
FeCl2
+
I
+ HI
FeI2
I-Iの結合解離エネルギー：149 kJ/mol
C6H5-H結合解離エネルギー：460 kJ/mol
C6H5-Iの結合解離エネルギー：272 kJ/mol
H-Iの結合解離エネルギー：298 kJ/mol
ベンゼンのヨウ素化が起こると、(149 + 460) - (272 + 298) =
36 kJ/molの吸熱となる。
問題１１－３
Cl-Clの結合解離エネルギー：243 kJ/mol
C6H5-H結合エネルギー：460 kJ/mol
C6H5-Clの結合解離エネルギー：402 kJ/mol
H-Clの結合解離エネルギー：432 kJ/mol
ベンゼンのクロル化が起こると、(243 + 460) - (402 + 432) = -131
kJ/molの発熱となる。
Br-Brの結合解離エネルギー：193 kJ/mol
C6H5-H結合解離エネルギー：460 kJ/mol
C6H5-Brの結合解離エネルギー：339 kJ/mol
H-Brの結合解離エネルギー：366 kJ/mol
ベンゼンのブロモ化が起こると、(193 + 460) - (339 + 366) =
-52 kJ/molの発熱となる。
問題１１－３
+ I2 +2
I
+ + 2 H2O
(Mechanism)
H+ + + I2 + 2 NO2 + 2 H2O
+ I+
I
+ H+
2
2 HNO3 2 NO2
2 HNO3 2 I+
2
酸化
酸化
HO N
O-
O
+
+ H+HO N
O-
O
+H
+
HO N
O-
O
+H
+N OO+
+ H2O
N OO+
+ I I N OO + I+I
N OO+
+ I+I N OO + 2 I+
2 2 2
2 2 2
+ 3 Br2
Br
+
(Mechanism)
+
Br
+
OH OH
Br
Br
3 HBr
Br Br H+
Br-
Br
H+
Br
+ H+
Br
OH OH
OH OH
Br2
OHBr
OH
Br
Br
+
Br
+Br Br H
+
Br-
Br
H+
OH OH
OHBr
H+
OHBr
H
+
OHBr
H
+
OH
NH2Br2
NH2BrBr
Br
NH2CH3COCCH3
O ONHCOCH3
Br2
NHCOCH3
Br
H2O/OH-
NH2
Br
Br2
Br
72~75 %
１１．４ アルキル化およびアルカノイル化
+ CH3ClAlCl3
CH3
+ HCl
(Mechanism)
CH3Cl AlCl3+ CH3 Cl AlCl3
+ -
+ CH3 Cl AlCl3
+ -CH3
H+
+ AlCl4-
CH3
H+
+ AlCl4-
CH3
+ HCl + AlCl3
１８７７年
3s 3p
sp2
Al: AN = 13
H
CH Cl
H
••••
••Al
Cl
Cl
Cl+ Al
Cl
Cl
Cl
H
CH Cl
H••
••+
-
CH3Cl + AlCl3 H3C Cl AlCl3+ -
第1級カルボカチオンは考えないが、共鳴は考えてもよい。
この錯体のメチル基は求電子性が高い。
H3C Cl AlCl3+ -
H3C+ Cl-AlCl3
+ (CH3)3CClFeCl3
C(CH3)3
+ HCl
(Mechanism)
(CH3)3CCl FeCl3+ (CH3)3C Cl FeCl3
+ -
+
C(CH3)3
H+
+ FeCl4-
C(CH3)3
H+
+ FeCl4-
C(CH3)3
+ HCl + FeCl3
(CH3)3C Cl FeCl3+ -
(CH3)3C Cl FeCl3+ -
Rearrangement in Friedel-Crafts Alkylation
+ CH3(CH2)3ClAlCl3
+
65% 35%
CH3CH2CH2CH2Cl + AlCl3 CH3CH2CH2CH2Cl AlCl3+ -
+ -CH3CH2 C CH2
H
H
ClAlCl3
+-
CH3CH2 C CH2
H
H
AlCl4
1-chlorobutane
+
AlCl3+
+ AlCl3 AlCl3
+ -
ClHCl
H3C
H3C
CH CH2
H3C
H3C
CH ClCl CH2
AlCl3
+ -H3C
H3C C ClCH2
H
CH3C CH3
CH3
+
AlCl4-
問題１１－４
CH3C
CH3
CH3
OH..
.. + H+ CH3C
CH3
CH3
OH..
H
+
CH3C
CH3
CH3
OH..
H
+
C
CH3
H3C CH3
+ + H2O
+ C
CH3
H3C CH3
+ + H+
問題１１－５
(Mechanism)
+
C(CH3)3BF3/HFH3C
H3C
C=CH2
H3C
H3C
C=CH2 + (CH3)3C+
+ BF4-+ (CH3)3C+
C(CH3)3
+
HF + BF3 H+BF4-
H+BF4-
H+BF4-
+ BF4-
Friedel-Craftsアルキル化反応の問題点
１）アルキル基の転位が起こる。
２）多アルキル化が進行する。
Friedel-Craftsアルカノイル化反応（アシル化）
+1) AlCl3
C
+ HClCH3COCl
O
CH3
2) H2O
(Mechanism)
CH3 C
O
Cl + AlCl3 CH3 C
O
Cl AlCl3
+-
CH3 C
O
Cl AlCl3
+-
CH3 C O+
CH3 C O+
+ AlCl4-
CH3 C O+
+
C
H
O
CH3
+
C
H
O
CH3
+
+ AlCl4-
C
O
CH3+ HCl + AlCl3
acylium ion
Generation of Red Oil
C CH3
O
+ AlCl3 C CH3
O AlCl3
+ -
red oil
CH3CH2CH2C-Cl
O
AlCl3
CO CH2CH2CH3
No rearrangement
CO R
アルカノイル基は電子求引性基のため、芳香族求電子置換反応を不活性化する。
No further reaction
C
O
CH3 NH2NH2/KOHCH2CH3
(Mechanism)
R C
O
R' + NH2NH2 R C
O-
R'
NH2NH2+
R C
OH
R'
NH-NH2
+
R C
OH
R'
NH-NH2
+ OH-R C R'
NH-NH2
R C R'
N-NH2
+ H2O
ヒドラジン
ヒドラゾン
-
R C R'
N-NH2
OH-+
R C R'
N-NH
-
R C R'
N=NH+ H2O
-
R C R'
N=NH+ H2O
R C R'
N=NH
H
+ OH-
R C R'
N=NH
H
+ OH- R C R'
N=N
H
-
+ H2O
R C R'
N=N
H
-
+H2O R-CH2-R' + OH- + N2
CH3CH2CH2COCl/AlCl3COCH2CH2CH3
Wolff-Kishner reduction
or H2/Pd
CH2CH2CH2CH3
アルキル基の転位なしに、１－フェニルアルカンが得られる。
問題１１－６
C11H23COOHSOCl2
C11H23COClC6H6/AlCl3
COC11H23
NH2NH2/KOHC12H25
1) H2SO4
2) NaOHC12H25NaO3S
レトロ合成について
無水こはく酸（ブタン二酸無水物）
COCH2CH2COOH
+ O
O
O
succinic anhydride(butanedioic anhydride)
AlCl3
3-benzoyl propanoic acid
(Mechanism)
OOO
+ AlCl3
OOO AlCl3+ -
O C+
CH2CH2COO AlCl3-
O C+
CH2CH2COO AlCl3-
+ H
COCH2CH2COO AlCl3-
+
H
COCH2CH2COO AlCl3-
+
COCH2CH2COOH
+ AlCl3
OOO AlCl3+ -
教科書訂正（０８）
1-tetralone
COCH2CH2COOH
C2H5OH/H+
COCH2CH2COOC2H5
1)W-K reductn.
CH2CH2CH2COOH
2)H+
SOCl2
CH2CH2CH2COCl
AlCl3
O
問題１１－７
問題１１－８
1)
2)H2O
SOCl2
AlCl3
O
O
O
O
+
O
HOOC
O
ClC
O
1)
2)H2O
AlCl3
O
H2SO4
O
O
O
HOOC
H2SO4
O
O
.
.
O
C
O
OH...
+ H+
.
O
C
O
OH.
H
+
. ..
O
C
O+ ..
+ H2O
問題１１－９
+ CH3COCCH3
O O AlCl3
COCH3
+ CH3COOH
(Mechanism)
CH3 C O C CH3
O O
AlCl3+ CH3 C O C CH3
O O AlCl3
+ -
CH3 C O+
+
+ CH3 C O+
CCH3
O
+
H
CCH3
O
+
H + CH3COO AlCl3-
COCH3
+ CH3COOH
CH3COO AlCl3-
AlCl3+
CH3 C O C CH3
O O AlCl3+ -
モノ置換ベンゼンのFriedel-Crafts反応
CH2CH3
+ CH3COCl
CH2CH3
COCH3+ HCl
fo = 1.0, fm = 10.4,
fp = 753
NO2
+ CH3COCl
+ CH3COClAlCl3 +
COCH3
COCH3
溶媒効果：溶媒和と立体障害
CS2 (e = 2.2-2.6), Tetrachloroethane (e = 8.2) : 1-Acetyl-
naphthalene
Nitrobenzene (e = 35.7): 2-Acetylnaphthalene
C O+
solvH3C
Blanc-Quelet反応（クロロメチル化反応）
+ HCHOZnCl2
+
CH2Cl
+HCl H2O
ZnCl2+C
H
H
O.... ZnCl2C
H
H
O..+ -
ZnCl2C
H
H
O..+ -
..
ZnCl2C
H
H
O..+ -
+
CH2
H
O Zn
+
-.... Cl
Cl
Lewis acid
CH2 O ZnCl....
+ H Cl
CH2 O ZnCl..
H + Cl-
+
CH2 O ZnCl..
H + Cl
+
..
CH2Cl
+ ZnCl(OH)
ZnCl(OH) + HCl ZnCl2 + H2O
......
Gatterman-Koch反応（ホルミル化反応）
(Mechanism)
H
C
Cl
O + AlCl3
H
C
Cl
O AlCl3
+-
H
C
Cl
O AlCl3+ -
+ C OH Cl
+ COHCl/AlCl3
high pressure
CHO
H
C
Cl
O
H
C
Cl
O AlCl3
+-
H C O+
H C O+
+ AlCl4-
+
formyl cation
H C O+
CHO
H+
CHO
H+
+ AlCl4-
CHO
+ HCl + AlCl3
教科書から削除
(Mechanism)
H
C
O
Cl + AlCl3
H
C
O
Cl AlCl3
+-
+ C OH Cl
+ COHCl/AlCl3
high pressure
CHO
H
C
Cl
O
H C O+
H C O+
+ AlCl4-
+
formyl cation
H C O+
CHO
H+
CHO
H+
+ AlCl4-
CHO
+ HCl + AlCl3
H
C
O
Cl AlCl3
+-
１１．６ ジアゾカップリング反応
NH2
+ HNO2 + HCl
N2+Cl-
+ H2O
(Mechanism)
H O N O + HCl H O N O
H
+ Cl-+
H O N O
H+
N O+
+ H2O
NH2 + N O+
NH2 N O+
NH2 N O+
NH N O + H+N N O H
N N O H H++ N N O H
H
+
N N O H
H
+
N N+
+ H2O
互変異性
アゾカップリング反応（ジアゾカップリング反応）
N2+Cl
-NH2
NaNO2/HCl
OH
N=N OH
N N..+
+ OH.... N N OH
.... +H
N N OH....
+
HN N OH
....
+
H
N N OH.... +H
N N OH....
..
..
.. + H+
N N+
+ OH N N OHH
+
N N OH
H
+
+ Cl- N N OH + HCl
N N..+
+ OH.... N N OH
.... +H
N N OH....
..
+ H+
ヒドロキシ基の効果
芳香族アミンとジアゾニウム塩との反応（トリアゼン転位）
トリアゼン
N2+Cl-NH2
NaNO2/HCl
NH2
N=N
N N..+
+..
N N.... +
NH
H2N NH2
N N.... +
NH2 N N....
NH + H+
N N..+
+ NH2 N=N NH2 + H+
芳香族第3級アミンではアゾカップリング反応のみが起こる。
なぜ？
N N..+
+..
N N.... +
N N
N N....
N + CH3+
CH3
CH3CH3
CH3
N N.... +
N
CH3
CH3
CH3
butter yellow
N N..+
+ NCH3
CH3
..
N N....
NCH3
CH3
..+ H+
-O3S
-O3S
methyl orange
N N..+
+ N N....
NCH3
CH3
..N
CH3
CH3H
+
N N....
NCH3
CH3H
+N N
....N
CH3
CH3
..
+ H+
第１２章 芳香族求核置換反応
L
+ Nu..L Nu..
Nu
+ L..
L1
L2
L1-L2X-Y X
Y
芳香族SN2反応（付加ー脱離機構）
芳香族SN1反応（アリールカチオン機構）
ベンザイン反応（脱離－付加機構）
N2+
+
N2
Nu-..Nu
１２．１ 付加－脱離機構（芳香族SN2反応）
付加－脱離機構（芳香族SN２反応）
160 oC
常圧
ニトロ基によるシクロヘキサジエニド中間体の安定化
イプソ置換反応Cl
+
OH
+
..
NO2
NaOH
NO2
Cl
+
NO2
OH-....
Cl
NO2
OH..-
Cl
N
OH
..-
Cl
NO2
OH..-
Cl
N
OH
O O
O O...... ....-
+
+.... ..
.... ..- -
Cl-
Cl
NO2
OH..-
NO2
OH
+ Cl-
Cl
NO2
1) NaOH/25oC
2) H3O+
OH
NO2
NO2O2N NO2O2N
ピクリン酸
Cl
NO2
NO2N
OH
-
O
O-
+
Cl
NO2
NO2N
OH
-
O
O-
+
Cl
NO2
NO2N
OH-O
O-
+
Cl
N
NO2N
OH
-
O
O-
+
O O-+
Cl
N
NO2N
OH
-
O
O-
+
O O-+
-
Cl
N
NN
OHO
O
+
O O-+
-
O
O
-
+
Cl
N
NN
OHO
O
+
O O-+
O
O
-
+
2,4,6-トリニトロクロロベンゼンの静電ポテンシャル
問題１２－１
Cl
NO2
NO2
+
NHCH3
NO2
NO2
+
Cl
NO2
NO2
+..
Cl
NO2
NO2
NH2 CH3+
..-
Cl
NO2
NO2
NH2 CH3
+
..-NH2CH3
NO2
NO2
+ Cl-
2CH3NH2 CH3NH3+Cl-
CH3NH2
+
NHCH3
NO2
NO2
+ HCl
反応座標 反応座標
エネルギー
エネルギー
脂肪族SN2 芳香族SN2
問題１２－２
2,4,6-トリニトロクロロベンゼンのLUMO
Jackson-Meisenheimer Complex
OCH3
O2N NO2
NO2
+ C2H5O-
H3CO
O2N NO2
NO2
-
OC2H5
H3CO
O2N NO2
NO2
-
OC2H5 H3CO
O2N NO2
NO2
-
OC2H5 H3CO
O2N NO2
NO2
-
OC2H5
H3CO
O2N NO2
N
-
OC2H5
O O+
H3CO
O2N NO2
N
OC2H5
O O+
- --
１）３つの電子求引性の強いニトロ基がシクロヘキサジエニド中間体を安定化する。
２）アルコキシドアニオンは不良な脱離基である。
１２．２ アリールカチオン機構
（芳香族SN2反応）
ジアゾニウム塩の生成機構（全述）
NH2
NaNO2/HClN N+
Cl-
H O N O....
.. + H+ H O N O..
..
H
+
H O N O..
..
H
+
.. .. N O....
+ H2O+
N O....+ ..
NaNO2 + HCl HNO2 + NaCl
pKa = 3.15 pKa of HCl = -8
互変異性
N N+
N..
N O.. ..
H + H+.. N
..N O..
H..
H
+
N..
N O..
H..
H
+ H2O..
+
NH2 N O.... +
+..
NH2
..N O....+ ..
NH..
N O.... ..
+ H+
NH..
N O.... ..
N..
N O.. ..
H..
アリールカチオン機構
N N+
Cl-
..
+ H2O OH + N2 + HCl
N N+
+ +..
N N..
+ + H OH.... O H
H
..+
O H
H
..+O H.... + H
+
N2は良好な脱離基であるアリールカチオン
N N+
Cl-
..
+ I-
I + N2 + HCl
N N+
+ +..
N N..
+ + I.... I....-
N N+
X-
CN
I
CuCN
HBr/CuBr
KI
HCl/CuCl
Br
Cl
Sandmeyer Reactions
Sandmeyer反応のメカニズム
..N N+
+ +..
N N..
+ + Cu1+ . + Cu2+
. + Cl....
....-
+ Cu1+Cl +Cu2+
N2+Br-NH2
OH
NaNO2/HBr
OH
CuBr/HBr
Br
OH
N2+Cl-NH2
NO2
NaNO2/HCl
NO2
I
NO2
KI
問題１２－３
フェノールの臭素化反応では多ブロモ化が進行するが、Sandmeyer法ではモノ置換体のみが得られる。
問題１２－４
p. 192の表１１．１に答えが示してある。
ヨードベンゼンのニトロ化反応では、オルト体も生成する。しかし、ジアゾニウム塩の反応ではパラ体のみが得られる。
１２．３ 脱離－付加機構
CH3
HCl
+ OH-
CH3
Cl
.. -+ H2O
脱離-付加機構 （ベンザイン）
CH3
Cl
NaOH/H2O
350 oC
CH3
OH
+
CH3
OH
ベンザイン
CH3 CH3
OH
CH3
Cl
.. -+ Cl
-
CH3
CH3
+ OH-
OH. .-
H2O OH-
CH3
+ OH-
CH3
.. -
OH
CH3
H2O OH-
OH
p-クロロトルエンの静電ポテンシャル
ベンザイン（1，2-デヒドロベンゼン）
sp2
sp2
CH3
Cl KNH2/NH3
CH3 CH3
+
NH2
NH2
(Mechanism)
CH3
Cl
H
+ NH2-
CH3
Cl
-+ NH3
CH3
Cl
-
CH3
+ Cl-
CH3
+ NH2-
CH3
NH2
-
CH3
NH2
-+ NH3
CH3
NH2
+ NH2-
CH3
+ NH2-
CH3
-
+ NH3
CH3
+ NH2-
NH2
CH3
-
NH2 NH2
同位体希釈分析法で定量できる。
* 14C放射性同位元素
48% 52%
Cl
* KNH2/NH3
NH2
* *NH2
+
Cl
*H
NH2-
....+
Cl
*.. -
*+ Cl-
Cl
*.. -
+ NH3
* + NH3
NH2
* *NH2
+
ハロベンゼンからベンザインの生成では、塩基によるプロトン引抜きが律速である。
BrD
DD
D
D
BrH
HH
H
H KNH2/NH3
KNH2/NH3
Br
HH
H
H
Br
DD
D
D
HH
H
H
DD
D
D
HH
H
H
DD
D
D
NH2
H
NH2
HkH/kD = 5.5
１次水素同位体効果(see p. 72)
ベンザインの証明
Li
F
-LiF
+ O O
Diels-Alder Reaction
ベンザインの発生法
HNO2
アントラニル酸
ジアゾ化NH2
COOH
N
C
N+..
O
O......
-
+ C +OO N N.. ......
.. ..
Cl
+ +
CH3
Cl
CH3
Cl
CH3
..
..
-
-
+
CH3CH3
NH2
CH3 CH3 CH3
NH2
NH2
+
問題１２－５
第１２章 芳香族複素環化合物の性質と反応性
芳香族複素環化合物とは
芳香環を構成する原子の内，1個またはそれ以上の原子が炭素以外の原子である化合物
ここではピリジン，ピロール，フランのみを取り扱う
N
NN
N
NH2
O
HOH
HH
HH
HO
NH
N
N
O
NH2N
O
HOH
HH
HH
HO
O
HOH
HH
HH
HO
N
N
NH2
O
O
HOH
HH
HH
HO
N
NH
O
O
CH3
A G C T
N
NN
N
COOHCOOH
Fe
複素環化合物
N..
2s 2p
sp2 pz
N
Pyridine
N: AN = 7
ピリジンは求電子試薬に対して不活性
N.. N.. N..
N.. N..
..
.. ..
-
- -
+
+
+
ピリジンの静電ポテンシャル図
N..
+ E+
N..
E
+H
N..
E
+H
N..
E+
H
N..
E H
+
N..
E H
+N..
E H
+
N..
H
E
+
N..
H
E
+
N..
H
E+
N..
HNO3/H2SO4
300oC, 2hr N..
NO2
6%
N
+
N
NO2
+H
N
NO2
+H
N
NO2+
H
N
O2N H
+
N
O2N H
+N
O2N H
+
NO2+
H
+
H H H
+ + +
H H H
+ + +
改良法
N N N
N
+
+
+ N+
N
+
- --
- -
キノリンの共鳴安定化
N N N
+
NO2
NO2
HNO3/H2SO4
キノリンのニトロ化では複素環への反応をさける。
N
H
+
H NO2
+
N
H
+
H NO2
+ N
H
+
H NO2
+
N
H
+
H NO2
+
N
H
++
N
H
+
+
NO2H
N
H
+
+
NO2H
N
H
++
NO2H
N
H
+ +
NO2H N
H
+
+
NO2H
H
NO2N
H
+
+
H
NO2N
H
+
+
H
NO2N
H
+
+
H
NO2
共鳴理論のみではニトロ化の配向性を上手く説明できない。
N..
H2O2/CH3COOH
N
O......-
+
KNO3/H2SO4
N
O......-
+
NO2
PCl3
N
NO2
N
O......-
+
H NO2+
N
O....
+
H NO2
N
O......-
+
H NO2
+
落合らによる4-nitropyridineの合成法
N
O......
-
+P Cl
Cl
Cl
..
N
O....
-
+
PCl3..
N
O..
.. PCl3
..
+
原子価の拡大
N
Cl2, AlCl3
N
Cl
30~35 %
N
Br2, SO3
N
Br
86 %
N N
SO3H
71 %
H2SO4
HgSO4, 22oC
N
Cl2, AlCl3
N
Cl
Cl-Cl + AlCl3 Cl-Cl AlCl3
+-
AlCl3
+-
N
+ Cl Cl
N
Cl
H+
+ AlCl4-
N
Cl
H+
+ AlCl4-
N
Cl
+ AlCl3 + HCl
Cl+ ClAlCl3
-
N..
+ Nu-
N..
Nu
H
N..
Nu
H
N..
Nu
H
N..
H
Nu N..
H
Nu N..
H
Nu..
.. ....
.. ..
..
- -
-
- -
-
ピリジンの求核置換反応は比較的起こりやすい
反応は2位に起こる．電子求引性のN上に負電荷があるほうが安定。NE: C 2.5, N 3.0
N..
+
N..
H
NH2N..
H
NH2 N..
H
NH2
.... ..
..
- -
-
N..
1)NaNH2/C6H5N(CH3)2
2)H2O N.. NH2
N..
H
N..- H
HN.. NH
..
..-
-H2
N.. NH....- + H OH
N.. NH2
+ OH-
NH2-
70-80%
Chichibabin Reaction
1)の反応はここで止まる。
N..
+
Li1)toluene, 110oC
2)H2ON..
N..
+
Li
N.. C6H5
..-
H Li+N.. C6H5
..-
HN.. C6H5
..- H
N.. C6H5
..- H
Li+
H OH
N.. C6H5
+ Li++
OH- + H2
40-49 %
問題12-3
N
O....
..-
+N
NO2
Fe/HCl
NH2
N
NH2 HNO2/dil. HClN
OH
N
O
H
HNO2/conc. HCl
N
Cl
互変異性
N
NH2
HNO2/dil. HCl
N
N2+
N
O
H
H
+
N
H
+
+
N
H
+
+
+ H OH
N
OH
H
+
-H+-H+
ピリダイン
N N
Cl2/AlCl3(30~35 %)
Cl
N
Cl
KNH2+
N
+ NH3 + KCl
N
NH3
N N
+
NH2
NH2
N
Cl
KNH2+
N
+ NH3 + KCl
N
Cl
H
+ NH2
-
N
Cl
-
N
+ Cl-
N
NH2-/NH3
N N
+
NH2
NH2
N
NH2-+
N
NH2
-
+ NH3
N
NH2
-
N
+
NH2
NH2-
N N N N N N
ピリダインの安定性
安定 不安定
拡張Hückel MOによる計算
N
ピリダインのLUMO
N..
sp2pz
H
H
Pyrrole
..-
. .
-
N
H
..
N
H
+
..-
N
H
+
N
H
+
-..
N
H
+
. .
N
H
+ E+
N
H
N
HN
H
E
H
E
H
E
H
+
+
. .
. . +
N
H
. .N
H
EH
EH
+ +
N
N
PyrroleのHOMO (Extended Hückel MO)
. .N
H
+ NO2+
N
H
N
H
N
H
NO2
H
NO2
H
NO2
H
+
+. . . . +
. .N
H
NO2
H
+
. .N
H
NO2+ H
+
N
H
+. .
CH3COONO2AcOH
-40oC
. .N
H
NO2
+ CH3COOH
穏やかなスルホン化剤N.. S
O
OO+ N S
O
O
O-+
NH
N S
O
O
O-+
NH
S
O
O
O-+
N..+ +H
NH
S
O
O
OHN
+
N
+
H
..CH3C
O
O CCH3
O
NH
.. CCH3
O-+
+ CH3COO-
NH
.. CCH3
OH
OCOCH3
NH
..CCH3
O-+
OCOCH3
HNH
.. CCH3
OH
OCOCH3
+
+ CH3COOHNH
.. CCH3
O
N
H
+N
H
+
N
H
+
N
H
+.. .. ..
N
+ H+
..
N
+ H+
N N N
H
..
H H H
H
H
H
H
H
H.. ..
+
+ +
問題１２－１プロトン化されても芳香族性は保たれている
プロトン化されることにより芳香族性が潰されている
pKa 5.42
pKa -3.8
Furan
O..
sp2pz..
OO
O
1) CH3COONO2
2) pyridineO
NO2
O
+ NO2+
O NO2
+
....
..
..
O NO2
+ ....
H H
O NO2+
..
H
(36%)
O NO2+
..
HCH3 C
O
O
..
....-
+O NO2..
H..
H
CH3COO
O NO2..
H..
H
CH3COON..+
O NO2.... +
NH
+CH3COO
-
-5oCで単離
O
CH3COCCH3
O O+
BF3/AcOH
OCOCH3
CH3COOH+
CH3COCCH3
O O.. ..
CH3COCCH3
O O..
BF3
-+
CH3COCCH3
O O..
BF3
-
+
..
+
O
+CH3CO-CCH3
O O..
BF3
-+
OC OCCH3
CH3
O BF3
O
....-+
BF3
問題１２－２
OC OCCH3
CH3
O BF3
O
....-+
O
C OCCH3CH3
O BF3
O
.. -+
+-
H
+
OC
CH3
O BF3
.. -
+
+
CH3COOH
OC
CH3
O BF3
.. -+
OCOCH3
+ BF3
