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8 章

8 章. ヒドロキシ官能基：アルコール. 性質，合成および合成戦略. 酵素. アルコール（ alcohol ） ヒドロキシ基 （ hydroxy group ）. 8-1 アルコールの命名. alkan ol. alkane. methane. methan ol. ethane. ethan ol. 第一級. 第二級. propane. propan ol. OH 基を含む最長の主鎖. 第三級. 第二級. 6. 5. 3. 2. 1. 第三級. 命名.

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Presentation Transcript

  1. 8章 ヒドロキシ官能基：アルコール 性質，合成および合成戦略 酵素 アルコール（alcohol） ヒドロキシ基 （hydroxy group）

  2. 8-1 アルコールの命名 alkanol alkane methane methanol ethane ethanol 第一級 第二級 propane propanol OH基を含む最長の主鎖 第三級 第二級 6 5 3 2 1 第三級

  3. 命名 1. –OH基を含む最も長い炭素鎖を見つけ，相当するアルカンの名前を付け alkane alkanol とする:これは分子中の最も長い炭素鎖とは限らない 2. 位置番号： HO-Cの炭素番号をより小さく 3. その他の規則はAlkaneと同じ Br 2 OH 1 7 1 3 6 2 5 4 6 8 4 3 5 9 7 OH 5-Bromo-3-propyl- 2-heptanol 4,4-Dimethyl-1-nonanol

  4. OH OH 1 CH3 R’ RCHOH 環状アルコールは cycloalkanolと命名 この位置がC１で名前 の中には示さない HO 1 3 Cis-3-methyl-cyclohexanol 1-Ethylcyclo-pentanol Cyclohexanol -OHは，hydroxy＝ヒドロキシ 第三級 -ORは， alkoxy＝アルコキシ R’ 第二級 第一級 RCOH RCH2OH R’’ Tertiary alcohol Primary Secondary

  5. 構　造 Oは， sp3-混成, “tetrahedral”, 従って 曲がっており直線構造とはならない. DHº (OーH) = 1０４ kcal mol-1 O Oの電気陰性度が 大きい：結合が短い＝ 強い H3C H DHº (CーH) = ９８　kcal mol-1 DHº (OーH) for H2O= 119kcal mol-1

  6. 8-2 アルコールの物理的性質 アルキル基の 立体的影響 O と Cの電気 陰性度の違い 分子双極子 分子双極子 水とメタノールの静電 ポテンシャル図 O O H H H H3C

  7. アルコールおよび相当するハロアルカン・アルカンアルコールおよび相当するハロアルカン・アルカン 類縁体の物理的性質 表８ー１ 疎水性-親水性 Hydrophobic-Hydrophilic OH R メタノール水溶 液の水素結合 ペンタノール メタノール

  8. Hydrophobic-Hydrophilic ROH Water solubility: Decreases with size of R R is hydrophobic; –OH is hydrophilic

  9. 8-3 酸および塩基としてのアルコール : : : pKa 15.5 15.9 17.1 18 アルコールの : : : アルコキシド イオン mol L–1 1

  10. 溶媒和の立体的阻害アルコールの酸性度に影響する溶媒和の立体的阻害アルコールの酸性度に影響する 溶媒和の立体的阻害 より小 より大 メトキシドイオンがより安定化される：メタノールの酸性度がより大

  11. 誘起効果がアルコールの酸性度に影響する C2H5OH ClCH2CH2OH CF3CH2OH CF3CH2CH2OH CF3CH2CH2CH2OH pKa 15.9 14.3 12.4 14.6 15.4 電気陰性度の大きい塩素によって ２ｰクロロエトキシドの酸素の陰電 荷が部分的に収容されることにな り，その結果２ｰクロロエトキシド イオンが安定化する： ２ｰクロロエ タノールの酸性度はエタノールよ り大きい d– + 原子鎖のσ結合を通って正，負いずれかの電荷が移動する 現象を”誘起効果”（inductive effect）という

  12. 酸素上の孤立電子対がアルコールを塩基性にする酸素上の孤立電子対がアルコールを塩基性にする 強い酸 強い塩基 ： ： ： ： ： ： 弱い塩基 弱い酸 表８ー３ プロトン化された４種類 のアルコールの酸性度 酸にも塩基にもなりうる分子 「両性」＝ amphoteric という

  13. 8-4 アルコールの工業原料：COとCH2=CH2

  14. 8-5 求核置換反応によるアルコールの合成 ６，７章の SN1あるいは SN2は実用的か？ H2O, HO–, HMPA SN2 92% H2O, HMPA + SN2 + SN1 50% 21% H2O, CH3CH2OH (4:1) + + SN1 + E1 10% 90%

  15. 酢酸イオンによるハロアルカンの置換ー加水分解：アルコールの合成酢酸イオンによるハロアルカンの置換ー加水分解：アルコールの合成 塩基性の弱い 水と等価な求核剤 脱離反応の抑制 段階１ DMF 80 °C + 95% SN2 酢酸３ｰメチルペンチル 段階２ H2O 85% ３ｰメチルペンタノール 加水分解

  16. 8-6アルコールの合成 有機化学における酸化（oxidation）と還元（reduction）の意味 ●　無機化学：酸化＝電子の喪失／還元＝電子の獲得 ●　有機化学：酸化＝水素の脱離または電気的に陰性な原子（酸素，ハロゲン）の付加 　　　　　　　還元＝電気的に陰性な原子（酸素，ハロゲン）の脱離または水素の付加 段階的な酸化 アルコールとカルボニル化合物との酸化ー還元の関係 酸化還元反応＝ redox reaction 還元 還元 酸化 酸化

  17. ヒドリド反応剤 カルボニル基に対するヒドリド反応剤の求核的付加 ヒドリド反応剤 NaBH4 LiAlH4

  18. アルデヒドおよびケトンの一般的なヒドリド還元アルデヒドおよびケトンの一般的なヒドリド還元 CH3CH2OH HOH による後処理 (CH3CH2)2O NaBH4 CH3CH2OH 85% アルデヒド およびケトン のヒドリド 還元の例 ペンタナール 1-ペンタノール 1. LiAlH4 (CH3CH2)2O 2. H+, H2O 90% シクロブタノン シクロブタノール

  19. NaBH4による還元の機構 エタノール溶媒 生成アルコール LiAlH4による還元の機構 ３回繰返し，さらに 三つの基質と反応 アルコキシ水素化 アルミニウムリチウム HOHによる後処理 テトラアルコキシ アルミン酸リチウム 生成アルコール

  20. アルコールの酸化 酸化 酸化 96％ 92％

  21. クロム酸系酸化剤を用いるアルコール酸化反応の中間体クロム酸系酸化剤を用いるアルコール酸化反応の中間体 クロム酸エステルからのアルデヒドの生成 E2反応に似ている 脱離基 塩基

  22. 呼気分析試験 ハイライト●８−２ 酒酔い運転： 3年以下懲役 50万円以下罰金 酒気帯び運転（＞0.15mg／L呼気）： 1年以下懲役 30万円以下罰金 2 K2Cr2O7 + 8 H2SO4 + 3 CH3CH2OH 2 Cr2(SO4)3 + 2 K2SO4 + 3 CH3CO2H + 11 H2O 血液中のアルコールは ２１００：１の分配比 で呼気中に拡散する。 ２１００mLの呼気は， １mLの血液と同量のエ タノールを含む。 緑色がチューブの中間の印を超えるとアルコール濃度＞0.08%／mLB.

  23. Ethanol 　エタノール　酒 Beverage Chemical, Fuel

  24. 酒の効能に関する誤解 1. Not a stimulant（興奮剤ではない） 2. Doesn’t warm you（優しい気持ちにしない） 3. Doesn’t help your sleep（睡眠を助けない） 4. Not an aphrodisiac（媚薬ではない）

  25. 8-7 有機金属反応剤：アルコール合成のための 　　　　　　　　　 求核的な炭素の供給源 炭素ー炭素 結合の形成 有機金属反応剤 organometallic reagent アルキルリチウムの調製 アルキルマグネシウム（Grignard反応剤）の調製 ヨウ化1ｰメチルエチルマグネシウム （1-methylethylmagnesium iodide）

  26. Grignard反応剤には溶媒が配位している 溶媒が金属に配位 アルキル金属結合は分極が大きい Li C 40% イオン性 電荷分離した形 カルボアニオン（carbanion） 分極した形（M=金属） 逆分極（reverse polarization） Mg C 35% イオン性

  27. アルキル金属化合物のアルキル基は非常に塩基性が強いアルキル金属化合物のアルキル基は非常に塩基性が強い pKa= 15.7 pKa  50 + HOH (DOD) BrMgO–H(D) + ハロゲンを水素（重水素）に変換 H– LiAlH4–, (CH3CH2)2O – LiBr

  28. 8-8 アルコール合成に用いられる有機金属反応剤 アルデヒドあるいはケトンと 有機金属化合物からのアルコールの合成 (CH3CH2)2O H+, H2O + (CH3CH2)2O H+, H2O + (CH3CH2)2O H+, H2O +

  29. 8-9 複雑なアルコール：合成戦略入門 有機化合物の合成戦略に必要なこと ●　官能基の変換反応ーその様式 記憶力に頼る？？ よく知って おくことが 必要 ●　使用する反応剤 ●　反応が起る条件 No !! ●　それぞれの反応等式の限界 Yes !! 反応の機構を理解し， それに基づいて考える では，どうする？？ 反応性の予測：電気陰性度・Coulomb力・結合強度・・・・

  30. 反応機構は反応結果の予測に役立つ 例１ 臭化物イオンはフッ化物イオンよりも優れた脱離基 例２ 正に分極したカルボニル炭素が有機金属反応剤の 負に分極したアルキル基と結合を形成 例３ ラジカル的臭素化は，アルキルラジカル生成段階が 大きな吸熱反応で，その遷移状態は遅い段階： 結合解離エネルギーの大きさが選択性に反映

  31. アルカン 置換反応生成物 第一級アルコール Grignard反応剤 アルケン 第三級アルコール 第二級アルコール

  32. 標的化合物の全合成の効率の良い経路の決定 標的化合物：医薬品・自然界からの供給が困難な化合物・同位元素標識　　　　　　化合物・あることを調査するために必要な化合物・顕著な　　　　　　物性を有する化合物・・・・・・　 ●　短工程 ●　高い全収率 合成経路 ●　入手容易・安価な出発物質（市販品） ●取り扱い容易・毒性の低い反応剤 ●安全性・環境問題の少ない工程 逆合成解析：Retrosynthetic Analysis 標的化合物の直前の化合物・さらにその前の化合物・・・・・と，合成を逆にたどる：可能で，合理的な炭素ー炭素結合の切断をしながら，出発物質を決定する作業：　逆合成の記号 ◆有機化学の知識と最先端の情報 ◆合成経路に要求される条件（上の●）

  33. 逆合成解析：Retrosynthetic Analysis 戦略的な結合切断：Strategic Disconnection 炭素ー炭素結合の切断なし 戦略的な結合切断 標的化合物 炭素ー炭素結合の切断なし 炭素ー炭素結合の切断なし

  34. 逆合成解析：Retrosynthetic Analysis 臭化プロピル マグネシウム ４ｰノナノン 臭化エチル マグネシウム プロパナール 臭化プロピル マグネシウム ３ｰオクタノン ４ｰエチルｰ４ｰノナノール 臭化ペンチル マグネシウム ３ｰヘキサノン ３ｰヘキサノール 実際の合成経路 1. , Et2O Na2Cr2O7, H2SO4, H2O 2. H+, H2O 1. , Et2O 2. H+, H2O

  35. 直線的合成＝Linear Synthesis 収束的合成＝Convergent Synthesis 85% 85% 85%

  36. 直線的合成と収束的合成の比較：別の見方 直線的合成 ３段階 40 g 20 g 80 g 収束的合成 ３段階 A—H全て 分子量が 同じ 20 g 10 g 10 g 20 g

  37. 合成計画での留意点 できるだけ収束的合成経路を採用する（反応の数を最小限に） 望む反応を妨害するような官能基を有する反応基質を用いない 望む反応に影響するような，反応機構や構造に基ずく制約の考慮 2 × CH3MgBr 保護基

  38. 合成計画での留意点 できるだけ収束的合成経路を採用する（反応の数を最小限に） 望む反応を妨害するような官能基を有する反応基質を用いない 望む反応に影響するような，反応機構や構造に基ずく制約の考慮

  39. 総合問題８ー１９ 出発物質＝シクロヘキサン；炭素数４以下の合成ブロック 有機金属化合物 ラジカルハロゲン化 有機金属化合物の合成 付加 酸化 付加 有機金属化合物

  40. 総合問題８ー２０ 以下の反応の化学量論関係を示せ 還元された RCH2OH + H2SO4 + Na2Cr2O7 RCHO + Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O 酸化された  半反応（half reaction） ×３  半反応（half reaction） 3RCH2OH 3RCHO + 6H+ + 6e 3RCH2OH + 14H+ + Cr2O72– 3RCHO + 6H+ + 2Cr3+ + 7H2O 3RCH2OH + 8H+ + Cr2O72– 3RCHO + 2Cr3+ + 7H2O 3RCH2OH + 4H2SO4 + Cr2O72– 3RCHO + 2Cr3+ + 7H2O 3RCH2OH + 4H2SO4 + Na2Cr2O72– 3RCHO + Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + 7H2O

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