酸素含有有機化合物の構造と性質の関係

求核付加反応。ブレイディーズ試薬。クレメンセン削減。ウルフ・キシュナー還元。

求核付加反応では、求核剤が分子内の求電子中心を攻撃して付加します。アルデヒドやケトンなどのカルボニル化合物は求核付加反応を起こします。カルボニル化合物とは何かわかりますか？。含まれる化合物 C=O官能基を持つ化合物はカルボニル化合物と呼ばれます。求核剤はアルデヒドまたはケトンのカルボニル炭素を攻撃します。その結果、分子に求核剤が追加されます。

この反応の詳細なメカニズムについて説明しましょう。最初のステップでは、求核剤がカルボニル基の求電子炭素原子と相互作用します。求核置換反応とは異なり、アルデヒドとケトンには脱離基がありません。代わりに、カルボニル基のπ結合内のπ電子は酸素原子に向かってシフトします。これは酸素の方が電気陰性度が高いためです。ここで、四面体アルコキシド中間体が形成されます。

次のステップでは、アルコキシドがプロトン化されます。プロトン化とは、プロトンの付加を意味します。酸触媒を加える。アルコキシドイオンの負に帯電した酸素が酸触媒の水素原子を攻撃してアルコールを形成します。最終生成物には分子に追加された求核剤が含まれます。分子内にアルコール基も見られます。

酸触媒の存在下でアルデヒドとアルコールを反応させると、ヘミアセタールが生成されます。ヘミアセタールは、ヒドロキシル基とアルコキシ基に結合したアルキル基の炭素原子で構成されています。ヒドロキシル基とアルコキシ基に結合した炭素原子はヘミアセタール炭素と呼ばれます。ヘミアセタールの形成も求核付加反応です。

ヘミケタールは、酸触媒の存在下でケトンとアルコールが反応して生成されます。ヘミケタールの形成もヘミカエタールと同様に求核付加反応です。ヘミケタールでは、ヒドロキシル基とアルコキシ基が結合している炭素原子に 2 つのアルキル基が結合しています。

ブレイディ試薬は、カルボニル化合物の検出と識別に使用される化学試薬です。この試薬は化合物からなる 2,4-dinitrophenylhydrazine。化学式は次の通りです C₆H₆N₄O₄。ブレイディ試薬にアルデヒドまたはケトンを一定量加えると、明るいオレンジ色または黄色の沈殿物が形成されます。これにより、アルデヒドまたはケトンの存在が確認されます。

明るいオレンジ色または黄色の沈殿物は、 2,4-diitrophenylhydrazone。ケトンがブレイディ試薬と反応すると、両方の分子が結合して 2,4-dinitrophenylhydrazone。この反応では水分子も失われます。の形成 2,4-dinitrophenylhydrazoneアルデヒドまたはケトンの存在を確認します。

クレメンゼン還元は、アルデヒドまたはケトンを対応する炭化水素に変換するために使用される化学反応です。アルデヒドまたはケトンのカルボニル基をメチレン基に還元する反応です。クレメンゼン還元では、還元剤としてアマルガム化亜鉛を使用します。この反応の反応媒体として濃塩酸が使用されます。

クレメンソン還元のメカニズムを理解しましょう。アルデヒドまたはケトンは、濃塩酸の存在下でアマルガム化した亜鉛と相互作用します。カルボニル酸素は亜鉛と配位します。その結果、有機亜鉛中間体が形成されます。その後、カルボニル基の炭素酸素結合の切断が起こります。亜鉛は炭素原子と配位結合しました。その後、炭素原子と亜鉛の間の二重結合が水素イオンを攻撃します。炭素原子に水素イオンが追加されます。分子から亜鉛イオンが除去されます。生成物としてアルカンが生成されます。

ウルフ・キシュナー還元は、アルデヒドやケトンを対応する炭化水素に変換するのにも使用されます。ウルフ・キシュナー還元では、アルデヒドまたはケトンが強塩基の存在下でヒドラジンと反応します。反応を実行するために熱が供給されます。その結果、アルデヒドまたはケトンはアルカンに変換されます。

この反応のメカニズムは実際にはいくつかのステップで起こります。最初のステップでは、カルボニル化合物がヒドラジンと反応してヒドラゾンを形成します。このステップでは、ヒドラジンがカルボニル炭素に求核付加します。ヒドラジンの窒素原子がカルボニル基の酸素原子を置き換えます。これで、ヒドラジンの窒素原子はカルボニル化合物の炭素原子と二重結合しました。

第二段階では、ヒドラゾンの窒素原子が脱プロトン化されます。脱プロトン化とは水素原子の除去を意味します。水酸化物イオンは窒素原子に結合した水素原子を除去します。この脱プロトン化により、分子内の 2 つの窒素原子の間に二重結合が形成されます。炭素原子と窒素原子の間の2番目の結合の電子密度は炭素原子に向かってシフトします。炭素原子は負に帯電します。

3 番目のステップでは、炭素原子がプロトン化されます。ご存知のように、水分子の酸素原子はより電気陰性度が高いです。水素原子から電子密度を自分自身の方向に引き寄せます。水分子の水素原子は部分的に正に帯電します。負に帯電した炭素は水分子の部分的に正に帯電した水素を攻撃します。このようにして、水素原子が炭素原子に結合します。

4番目のステップでは、窒素原子の脱プロトン化が再び起こります。水酸化物イオンは窒素原子に結合した水素原子を除去して水分子になります。窒素水素結合の電子密度は、2 つの窒素原子間でシフトします。炭素窒素結合の電子密度は炭素原子に向かってシフトします。このようにして炭素窒素結合が切断されます。その結果、カルボアニオンと窒素分子が形成されます。

最後のステップでは、カルボアニオンの炭素原子のプロトン化が行われます。カルボアニオンは水分子の水素原子を攻撃します。カルボアニオンの炭素原子に水素原子が結合しています。カルバニオンはアルカンに変換されます。

酸素を含む有機化合物の構造と特性の関係を調査します

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求核付加反応。 ブレイディーズ試薬。 クレメンセン削減。 ウルフ・キシュナー還元。

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