10.12: 置換反応によるアルコールの生成

概要

アルコールは、求核置換反応を介してハロゲン化アルキルから合成できます。 基質内の極性の高い炭素-ハロゲン結合により、ハロゲン化物が優れた脱離基になります。 水酸化物イオンまたは水は求核剤として作用し、ハロゲン化物の代わりにアルコールを形成します。 置換反応は、ハロゲン化物に結合した炭素の性質に応じて、S_N1 または S_N2 という 2 つの異なる反応経路を介して発生します。

第一級アルコールは第一級ハロゲン化アルキルから合成され、反応は S_N2 機構によって進行します。 求核剤は、炭素 - ハロゲン結合の反対側からハロゲンを含む炭素を攻撃します。 ただし、強力な求核剤の存在下では、競合する脱離反応も発生します。

図_1: 1-ブロモブタンの置換生成物と脱離生成物への並行反応 (プロトン引き抜き)。

置換反応による第二級ハロゲン化アルキルからの第二級アルコールの合成は、競合する S_N2 および E2 反応経路から生成物の混合物が形成されるため、好ましくありません。

図_2: 2-ブロモ-3-メチルブタンの置換生成物と脱離生成物への並行反応 (プロトン引き抜き)。

ハロゲン化第 3 級アルキルは、水などの弱塩基と S_N1 反応を起こし、競合する E2 脱離反応により副生成物としてアルケンとともに第 3 級アルコールが生成されます。

図_3: 第三級アルキルハライドの脱離生成物と置換生成物への並行反応。

水酸化ナトリウムのような強力な求核試薬を使用すると、E1 反応が S_N1 よりも優先されます。

反応物の性質により、形成される生成物の立体化学が決まります。 ハロゲン化アルキルのハロゲンがキラル炭素に結合している場合、得られるアルコールは 2 つのエナンチオマーの混合物になります。

図_4: 光学活性アルコールのラセミ混合物を生成物として生成する不斉炭素上の置換反応

官能基が別の基で置換される求核置換反応を思い出してください。

これらの反応には、良好な脱離基を持つsp³-ハイブリダイズ求電子試薬が必要であり、S_N1またはS_N2メカニズムを介してアルコールを合成するために使用できます。

第一級ハロゲン化アルキルは、優先的に、水酸化ナトリウムのような強力な求核剤とS_N2メカニズムを介して置換反応を起こし、第一級アルコールを生成します。競合するE2除去プロセスでは、マイナー製品としてアルケンが得られます。

二級ハロゲン化アルキルからの置換による二級アルコールの合成は、競合する脱離反応により最終生成物としてアルコールとアルケンの混合物につながるため、あまり好ましくありません。

第三級アルコールの合成では、第三級ハロゲン化アルキルは、水のような弱い求核剤とS_N1メカニズムを介して置換反応を起こします。

しかし、水を水酸化ナトリウムのような強力な求核剤に置き換えると、三級基質がE2反応に有利になり、アルケンが生成されます。

第三級ハロゲン化物がキラルである場合、_{S N}1反応により第三級アルコールのラセミ混合物が得られます。

競合する脱離反応は、弱塩基または中性媒体中でのアルコールの合成に比較的低い温度を適用することにより、最小限に抑えることができます。