13.13: カルボン酸からメチルエステルへ: ジアゾメタンを使用したアルキル化

カルボン酸は、カルボン酸の酸素原子でのアルキル化を介してエーテル溶媒中でジアゾメタンと反応し、対応する酸のメチルエステルを優れた収率で生成します。

ジアゾメタンは、沸点が -23 °C の黄色の気体です。 これは、N-メチル-N-ニトロソウレアまたはN-メチル-N-ニトロソトルエンスルホンアミドに塩基を作用させることによって都合よく製造される。

エステル化のメカニズムには、カルボン酸によるジアゾメタンのプロトン化が含まれ、カルボン酸塩とメチルジアゾニウム カチオンが生成されます。 メチルジアゾニウム カチオンは、優れた脱離基として機能する N≡N の存在により非常に不安定です。

最後のアルキル化ステップでは、カルボン酸アニオンによるメチルジアゾニウム イオンに対する SN2 攻撃により、N2 ガスの除去とともにメチルエステルが生成されます。

ただし、ジアゾメタンは爆発性のガスであるため、取り扱いや保管の際には注意が必要です。 粗い表面や傷のある表面と接触すると自然に爆発します。 したがって、ジアゾメタンが関与する反応では、火炎研磨されたガラス製品とブラスト シールドが推奨されることがよくあります。 さらに、ジアゾメタンは発がん性があるだけでなく、毒性も非常に高いです。

ジアゾメタンは熱または光の存在下で分解してカルベンを生成し、窒素を除去します。

カルボン酸は、ジアゾメタンで処理すると、アルキル化を受けてメチルエステルを生成します。

ジアゾメタンは、N-メチル-N-ニトロソウレアなどの前駆体と塩基から生成される黄色のガスで、3つの双極子構造の共鳴ハイブリッドです。

機構的には、ジアゾメタンはカルボン酸によってプロトン化され、カルボン酸アニオンとメチルジアゾニウムカチオンが生成されます。

メチルジアゾニウムカチオンは、優れた脱離基である二窒素を持つ非常に不安定な種です。

次に、求核性カルボン酸アニオンは、S_N2メカニズムを介してメチルジアゾニウムカチオンを攻撃し、窒素ガスの同時放出を伴うメチルエステルを生成します。

エステル化は、カルボン酸の求核性カルボン酸酸素を介して進行することに注意してください。対照的に、酸触媒によるフィッシャーエステル化には、求電子カルボニル炭素が関与し、最終的にはアルコールの求核性アルコキシ基と反応します。

ジアゾメタンによるアルキル化の応用の一つは、尿サンプル中のコカインを検出することです。ここでは、コカインの尿中代謝物であるベンゾイルエクゴニンが、質量分析で検出されるより適切なメチルエステルに変換されます。

Methyl ester formation – Carboxylic acids react with diazomethane to form methyl esters. Diazomethane – A yellow, explosive, carcinogenic gas used for esterification. SN2 alkylation – Carboxylate ion attacks methyldiazonium to form ester and release N₂. Methyldiazonium ion – Unstable intermediate with N≡N as a leaving group. Safety precautions – Diazomethane must be handled with flame-polished glassware and a blast shield.

Define the Reaction – Describe how diazomethane reacts with carboxylic acids to form esters (e.g., methyl ester) Identify Key Intermediates – Recognize the role of methyldiazonium and carboxylate in the mechanism (e.g., methyldiazonium) Explain Product Formation – Show SN2 attack yields methyl ester and N₂ elimination (e.g., SN2) Explain Mechanism or Process – Outline proton transfer, ion formation, and nucleophilic attack Apply in Context – Handle diazomethane with care due to its toxicity, explosiveness, and carcinogenic nature

What is the role of methanol in diazomethane-based methyl ester formation? How does SN2 alkylation with diazomethane produce methyl esters from carboxylic acids? What safety precautions are necessary when using diazomethane for ester synthesis?

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