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女子高生と学ぶ!マンニッヒ反応・クライゼン縮合・ヘンリー反応

2019/09/16
 
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アルドール反応の類似反応をまとめて押さえよう

勇樹 博士課程二年で専門は有機化学。金がなくて家庭教師を始めた。話は脱線しがち

理香

そこそこの進学校に通う女子高校生二年。受験も遠く意識低め。勇樹の授業はできるだけさぼろうと話をそらす。

基本はアルドール反応

勇樹 アルドール反応の基本はちゃんと覚えてる??

もちろん!

ケトンから塩基によってエノラートが発生して、このエノラートが炭素マイナスとして、カルボニルのδ+と反応するんですよね。


図1. アルドール反応の基本反応式

勇樹

素晴らしい!その通り。

今回は、まずアルドール反応の反応式を頭に焼き付けてほしい。これを少しいじることで様々な派生反応をまとめて捉えることができる。

どこいじるんですか!?

 

マンニッヒ反応

マンニッヒ反応は一般的にエノラート(もしくはエノール)のイミニウムへの付加である。生成物としてβ-アミノケトンを合成できる。


図2. マンニッヒ反応の基本反応式

あれ?ケトンのOがNになってるだけですか??
勇樹

その通り!本当に違いはそれだけ。

しかし当然、できたあとの分子には窒素が入っている。このような分子は非常に重要なこともあって、アルドール反応とはまた別の反応として地位を確立しており、発見者のマンニッヒさんの名前がついている

NをOにいじっただけでも全然違うんですね!
勇樹 ちなみにイミニウムはアミンとカルボニル化合物を反応させると、発生するよ。

 

クライゼン縮合

クライゼン縮合はエステルの二量化。エステルと塩基から発生したエノラートが、別のエステルを攻撃することで炭素-炭素結合形成される。

なお、クライゼン縮合は、アルドールタイプの反応が起きた後、さらにアルコキシドが脱離し、β-ケトエステルが生成する。


図3. クライゼン縮合の基本反応式

勇樹 さて問題。なぜエノラートは生成物のケトンと反応しないでしょう?

ん~・・・ケトンよりエステルのほうが反応性高いから??
勇樹

残念!そうではないんだ。

むしろエステルよりケトンの方が圧倒的に求電子性(炭素プラス性)が高い。

これはエステルの場合、酸素の孤立電子対の電子供与によって、炭素プラスが強く安定化されるからと理解される。

イミフ!!

じゃあ!なんでエノラートと生成物のケトンは反応しないんですか!!!

勇樹 実は、クライゼン縮合の反応終了後、β-ケトエステルが直接得られるわけではないんだ。

下の図で詳しく説明しよう。

β-ケトエステルの真ん中の炭素はカルボニルに挟まれている。カルボニルが一つついただけでも酸性度上がることはエノラートの時に話したが、今回はその効果がダブル。つまりカルボニルに挟まれた炭素についた水素は非常に酸性度が高く、簡単に脱プロトン化する。ちなみにこういうカルボニルなどの電子求引基二つに挟まれた炭素を活性メチレンという。

よって今回の反応条件では、反応後、フラスコ内にはAの状態で存在している。
なのでもはや、ケトンでないのでエノラートが反応することはない。

Aは反応後に、水などから適当なプロトンを拾ってβ-ケトエステルが得られるというわけだ。


図4. エノラートがケトン部位と反応しない理由

 

ヘンリー反応

ヘンリー反応はエノラートでなくニトロアルカンから発生した、カルボアニオンがカルボニルへ攻撃する反応。


図5. ヘンリー反応(ニトロアルドール反応)の基本反応式

こっちはエノラート側のカルボニルをニトロ基にいじったわけですね。
勇樹 その通り。これまた大事な反応で、発見者のヘンリーさんの名前がついている。

ただニトロアルドール反応と呼ばれることも多い。

 

原理は同じ。でも違うってこと

いろんな反応出てきましたけど、今日の反応はほとんど一緒ですね。
勇樹 そうだね。

今日挙げた反応はすべてアルドール反応と共通した原理に基づいている。

有機反応はこのように、同じ原理で無数のバリエーションの反応が生まれる。だからその原理を理解するのがすごく大事なわけよ。

なんか思ったより、有機化学って簡単ですね~
勇樹 ・・・はぁ~・・・
え!?どうしたんですか?
勇樹 ・・・まぁ・・・紙の上ではな・・・

実際に研究するとわかるが、原理は同じでも、やってみると全然同じようにできないのも有機化学。

うまくいかなかった苦労なんか教科書にのらないからね。うまくいったことだけを抽出すると、ずいぶんシンプルで簡単そうになってしまうものだ・・・

大変なんですね・・・(よーわからんけど)
勇樹 先人たちに感謝を!これからの研究者に祝福を!!

さて、今までは炭素と炭素をくっつけることにこだわってきたけど、そろそろ別の元素も勉強しよか。

とりあえず炭素の隣・・・窒素とホウ素やな!

なにそれ・・・

次回に続く

 

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外部リンク
(1) たゆたえども沈まず:エノラート・エノールを介する人名反応を系統図でまとめてみた すごく勉強になる図、必見。

イラスト
矢野恵様に書いていただきました!

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