概要
アルケンの二重結合への酸触媒による水の付加は、低分子量アルコールを合成するために使用される大規模な工業的方法です。 酸性雰囲気は、水分子の水素が求電子剤として作用し、アルケンの二重結合を攻撃できるようにするために必要です。 二重結合にプロトンが付加されると、カルボカチオン中間体が生成されます。 プロトンは二重結合の置換度の低い方の末端に優先的に結合して、より安定なカルボカチオン中間体を生成します。 続いて、水がカルボカチオンを攻撃して、プロトン化されたアルコールが生成されます。
ここで、反応は位置選択的であり、アルケンへのマルコフニコフによる水の付加が優先されます。 プロトンは二重結合の置換度の低い方の末端に付加され、-OH 基はもう一方の末端の置換度の高い炭素に付加されます。 水は両側から平面状カルボカチオンに近づくことができるため、反応は立体選択的ではなく、アルコールのラセミ混合物が得られます。 水の付加は、プロトンが二重結合に付加される方向に対して同じ側(シン付加)または反対側(アンチ付加)から起こります。 二重結合に隣接する炭素がさらに置換されているアルケンでは、カルボカチオン中間体の正電荷が再配置 (1,2 水素化物シフトまたは 1,2 メチルシフト) して安定性を得ることがあります。 このとき、生成物としてアルコールの構造異性体の混合物が生成する。
アルケンからアルコールを製造する別の合成経路は、オキシ水銀化-脱水銀化反応によるものです。 オキシ水銀化反応では、酢酸水銀中の求電子性水銀が二重結合に付加し、水銀イオンと呼ばれる三員環構造を形成します。 次に、水は水銀イオンを攻撃して有機水銀アルコールを形成します。 次のステップは脱水銀化であり、水素化ホウ素ナトリウムが水銀種を水素に置き換えます。
メルクリニウムイオン内の置換度の高い炭素に結合したヒドロキシル基は、水素を置換度の低い炭素に誘導し、最終的にマルコフニコフ生成物が生成されます。 また、水による攻撃は酢酸水銀の添加に対して反的である。 ただし、水銀種を水素に置き換える反応は立体選択的ではないため、最終生成物としてアルコールの両方の鏡像異性体が形成されます。 従来のカルボカチオンとその転位が存在しないため、オキシ水銀化-脱水銀化は直接酸触媒による水和よりも収率が高くなります。
アンチマルコフニコフによるアルケンへの水の付加は、ヒドロホウ素酸化法によって実行できます。 ヒドロホウ素化は、四員遷移状態を介してボランから二重結合の 2 つの炭素に B-H 結合を 1 段階で付加することです。 求電子性ホウ素は、二重結合内の最も障害の少ない炭素から π 軌道電子を引き付けます。 結果として生じる部分的な正電荷は、他のより置換された炭素原子上で安定化されます。 立体因子はまた、最も障害の少ない炭素にはホウ素を、もう一方には水素を付加するのに有利です。 アルキルボラン中間体はさらに 2 つのアルケン分子と反応して、トリアルキルボラン中間体が得られます。 水酸化ナトリウム中で過酸化水素を用いてトリアルキルボランを酸化すると、ホウ素がヒドロキシル基に置き換わります。 ボランからのホウ素と水素の同時付加により、二重結合への syn 付加が確実に行われます。 ただし、syn 付加はアルケンのどちらの面からも発生する可能性があります。
位置化学と反応機構の違いにより、以下に示すように、これら 3 つの異なる合成経路により、同じアルケン基質から異なるアルコールが生成されます。
Figure1
図 1. 酸触媒 (上)、オキシ水銀化 - 脱水銀化 (中央)、およびヒドロホウ素化 - 酸化条件 (下) での 3,3-ジメチル-1 ブテンへの水の添加。
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