『有機化学』章末問題解答 17 章

(1)

『有機化学』章末問題解答 17 章

1. 次の反応の主生成物の構造式を示せ.

O NH

O

O +

30 °C a.

NH O

O H

H O

H

+

100 °C O

O CH₃ H₃CO H₂C

H₂C

b. O

O H₃CO

CH₃

H

【解答】問題a， bいずれも Diels-Alder 反応が起こる．Endo 則に従うため，

上に示した相対配置の生成物がラセミ体として得られる．なお，問題 b は Woodward らがコルチゾンの合成のなかで利用した反応．この反応で位置選択性が生じる（すなわち，メトキシ基ではなくメチル基が結合したアルケンがジエノフィルとして働く）理由を説明するには，フロンティア軌道理論が必要なため本書で取り扱う内容を超えるが，非対称キノンの二つの二重結合のうちメトキシ基が結合した方は最低空軌道（LUMO）のエネルギー準位が上がるため，ジエノフィルとして反応しにくくなると考えればよい．詳細については，フレミング著，『フロンティア軌道法入門』，福井謙一監訳（講談社）の 4.2 節，4.3 節を参照されたい．

CH₃

O

H₃C CH₂ CH₂ OH

H 185 °C

c. CH₃

H₃C CH₂ OH O

H

加熱

d.

O CH₂ CH₃

CH₃

CH₃ OH

H₂C

(2)

【解答】問題 c は Claisen 転位（ピクロトキシンの合成に利用された反応），問題 d は Claisen 転位に続いて Cope 転位が起こり，アリル基がヒドロキシ基のパラ位に導入される．

OH

HO H₂SO₄ e.

H H₂O

H O O

–H⁺

O O

OCOCH₃ CHO

P CH₃

O O H₃CO H₃CO

f. Na

O O

OCOCH₃ O

CH₃

【解答】問題eはピナコール-ピナコロン転位により，スピロ型（隣接する二つの環が一つの原子のみを共有する型）のケトンが生じる．問題fは安定イリドを用いた Wittig 型の反応であり，おもにE-アルケンが生成する（Corey によるプロスタグランジンの合成に用いられた反応）．

O H₃C

H₃C

H₂C O

H g.

H OH

H₂O

O H₃C

H₃C O

HO O CH₃ OCH₃

H

H₃C O

O O H NH

H₃C O

O O CH₂

H₃C O

O OH

N H H

NH H

H₃C O

O

H₃C O

O O

CH₃ O

O

H₃CO

O

m-ClC₆H₄CO₃H (mCPBA) H

h.

O H₃CO H

O

【解答】問題gは，最初の工程では，2-メチルシクロヘキサン-1,3-ジオンからエノラートアニオンが生成し，3-ブテン-2-オンへのMichael付加反応が起こる．

(3)

次の工程でアルドール縮合が進行して，もう一つの六員環が形成される．このような Michael/Aldol 型の環形成反応を Robinson^{ロビンソン} 環形成反応 (Robinson annulation)という．問題hはBaeyer-Villiger酸化の合成への利用例．転位能の高い第二級アルキル基とカルボニル炭素とのあいだに過酸由来の酸素原子が導入される．転位の前後で立体化学が保持されることに注意してほしい．

2. 次の化学変換を行う方法を示せ.

O a.

O

CO₂CH₃ CO₂CH₃

O

CO₂CH₃ CO₂CH₃ CO₂CH₃

CO₂CH₃

加熱

H₂, Pt

O

CO₂CH₃

加熱

H₂C=CH₂

Diels-Alder反応

レトロ

Diels-Alder反応

【解答】フランはピロールやチオフェンに比べて芳香族性が低いため（p.348，

図 16.6 参照），Diels-Alder 反応のジエンとして働く．２置換の内部アルケンを選択的に接触還元し，レトロ Diels-Alder 反応によって熱分解するとエチレンの脱離とともに 3,4-ジ置換フラン誘導体が得られる．

b. O

NH O H₂NOH N OH

H₃O⁺

加熱

H₂O

Beckmann転位

【解答】Beckmann 転位によるε-カプロラクタムの合成．この化合物はナイロンの原料として有名である．

c.

OH NaH; O CH₂

CH₂=CHCH₂Br

OsO₄ O OH

OH

NaIO₄ O CHO

H₂C=O

H

【解答】１工程目は Williamson エーテル合成によるアリルエーテルの合成．残

(4)

りの２工程は四酸化オスミウムによるアルケンのジオール化と，過ヨウ素酸ナトリウムによるジオールの酸化的開裂（末端側の炭素は開裂後にホルムアルデヒドとなる）．最後の２工程をオゾン分解とジメチルスルフィド（または，トリフェニルホスフィン，亜鉛）による還元とする解答も正解．

d. O

NH₂ OH

m-ClC₆H₄CO₃H

(mCPBA) O O NH₃

Baeyer-Villiger酸化

NH₂ OH

O

LiAlH₄

【解答】Baeyer-Villiger 酸化において，一般的には第二級アルキル基のほうがフェニル基よりも転位しやすいが，この例の 1-インダノンではフェニル基の転位が優先して 3,4-ジヒドロクマリンが得られる．ラクトンをアミノリシス（アンモノリシス）して得られたアミドをヒドリド還元すると目的のアミンに誘導できる．

H₃C O

H₃C 加熱

e.

H₃C OCH₂CH₃

O O

H₃C OCH₂CH₃

O O

NaH;

C₆H₅CH₂Br

NaH;

CH₃CH₂Br

H₃C OCH₂CH₃

O O

H₃C

i) NaOH ii) H₃O⁺

（後処理）

H₃C OH

O O

H₃C

CO₂ 脱炭酸

【解答】問題 e はアセト酢酸合成の一例．はじめにアセト酢酸エチルをベンジル化し，次にエチル化を行う．机上の問題としてはアルキル化の順番が逆でも正解だが，実際に合成する場合は最初にベンジル化するほうが，都合がよい．

どちらを先にしても最初のアルキル化の工程では副生成物として少量のジアルキル体が混ざるが，ベンジル化を先に行った場合，モノベンジル体とジベンジル体のほうが沸点の差が（モノエチル体とジエチル体よりも）大きいため，蒸留による分離精製が容易である．

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3．アセトフェノンを出発原料として,次の化合物を合成する方法を示せ．ただし,２工程以上の反応が必要な場合もある．

a．エチルベンゼン b．アセトアニリド c.酢酸フェニル d.安息香酸メチル

【解答】

a. Wolff-Kishner 還元

O NH₂

N CH₃ H₂NNH₂/KOH

diethyleneglycol CH₃

CH₂CH₃

加熱

N₂ 2OH^- 2H₂O

反応機構の詳細は p.253 を参照．

b. B

CH₃ O

CH₃ N OH H₂NOH H₃O⁺

N CH₃ eckmann 転位

加熱

H⁺

H N CH₃ H₂O

O

c.

CH3

Baeyer-Villiger 酸化 O

O CH₃ m-ClC6H4CO3H

(mCPBA) O

O O

d. O

CH₃ i) I₂

3

NaOH ii) H O⁺

OH

（後処理）

ヨードホルム反応

OCH₃ CH₂N₂

CHI₃

N₂

（過剰）

4. 次の化学変換を行う方法を示せ.

a.

HO OH

OH

OH O O

CH₃ H₃C H₃C CH₃ H₃CO OCH₃

H⁺ （触媒） N

O O

CH₃ H₃C PCC

CHO O O

CH₃

H₃C N

H NaBH₃CN pH ~4

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【解答】問題aは，

1. グリセリンの隣接する二つのヒドロキシ基をイソプロピリデン基で保護．

2. 第一級ヒドロキシ基を酸化．

3. アルデヒドの還元的アミノ化．

b.

O

CO₂CH₂CH₃

O

OH

HOCH₂CH₂OH H⁺

CO₂R O

O O O

(R=CH₂CH₃ or CH₂CH₂OH) LiAlH₄

OH

H₃O⁺

【解答】問題bは，

1. ベンゾイル酢酸エチルのケトン部分をエチレングリコールでアセタール化して保護．アセタール化の工程でエチルエステルが一部，エチレングリコールとのエステル交換により 2-ヒドロキシエチルエステルになるが，分離せずに次の工程に進む．

2. エステルをアルコールに還元．

3. アセタールを加水分解（脱保護）．

なお，１工程目でエチレングリコールの代わりにエタノールを用いてジエチルアセタールとする解答も正解である．この方法ではエステル交換により 2 種類のエステルが混ざるのを避けられるので一見すると上記のルートよりもよさそうだが，実際にはジエチルアセタールからエタノールが脱離してビニルエーテル型の副生成物が生じるため，これを分離せずに先の工程に進み，エステルの還元と酸加水分解を行って目的化合物に収斂させる必要があるので，一長一短である．

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c． H H O H

H CO₂H CO₂CH₃

H

NHCO₂CH₃ CO₂CH₃ i) SOCl₂

H COCl CO₂CH₃

ii) NaN₃ H

H CO₂CH₃ N₃ i) 加熱

ii) 加水分解

N=C=O

H CO₂CH₃ H

NH₂

H CO₂CH₃ CO₂

Ac₂O pyridine

【解答】問題cは，

化物を経てアジ化アシルに変換．

1. カルボン酸から酸塩

2. Curtius 転位によりアミノ基に変換．

3. アミノ基をアセチル化．

d． H H O

H CO₂H CO₂CH₃

H

H O O

H

CH₂OH CO₂CH₃

H⁺ CH₃OH

i) ClCO₂CH₂CH₃ (CH₃CH₂)₃N

H CO₂CH₃ O

O

OCH₂CH₃

ii) NaBH₄

混合酸無水物

【解答】問題dは，

無水物（２種類の異なる酸から構成される酸無水物）に 1. カルボン酸を混合酸

変換した後に NaBH₄で還元（この条件ではエステルは還元されない）． 2. 分子内でのエステル交換反応によるラクトン化．

e. NH₂ NHCO₂CH₂C₆H₅ NHCO₂CH₂C₆H₅

NHCO₂t-Bu

H₃CO ClCO₂CH₂C₆H₅ NaOH, H₂O

H₃CO

NHCO₂t-Bu

H₃CO i) CF₃CO₂H ii) OH^-

NH₂ CH₂=C(CH₃)₂

NHCO₂CH₂C₆H₅ NH₂ Ac₂O

pyridine

N H H₃CO

O CH₃

H₂, Pd/C

N H H₃CO

O CH₃ CO₂+C₆H₅CH₃

【解答】問題eは，

(8)

1. アミノ基を Cbz 基で保護．

化．

保護．

2. Boc 基を脱保護．

3. アミノ基をアセチル 4. Cbz 基の接触還元による脱

f. OH

CHO

CO₂CH₃ OH HCN

（塩基触媒） CN

OH CO₂H

CH₂N₂ H₃O

加熱

【解答】問題fは，

合成．

意：塩基性条件下ではシアノヒドリンがアルデヒ

ンによるメチルエステル化（メタノールと酸触媒でも可）．

+

1. シアノヒドリンの

2. ニトリルの酸加水分解（注ドに戻る）．

3. ジアゾメタ

g.

H₂C CH₃

O OH

OCH₂C₆H₅ O

OCH₃

OCH₂C₆H₅ CH₂

HO HO

CH₃ H₃C H

H H₃O⁺

O OH

OCH₂C₆H₅ CH₂

HO

OCH₂C₆H₅ H₂C

H O

H P CH₃

O O H₃CO Na H₃CO

OH

(H₂, Pd/C)

H₃C CH₃

O OCH₂C₆H₅

接触還元

(H₂, Ni)

加水素分解

O O

H₃C H

O H

CH₃

アセタール化

【解答】問題gは，

分解．

による脱保護と，それに引き続く分子内でのアセタ 1. アセタールの加水

2. 安定イリドによる Wittig 型の反応．

3. 二重結合の接触還元．

4. ベンジル基の加水素分解

(9)

ール化．

２工程目の Wittig 型の反応ではイリド反応剤は，ヘミアセタール（または，

ヒドロキシアルデヒド）のヒドロキシ基のプロトンを引き抜くために等モル分が消費されてしまうため，ヘミアセタールのモル数の２倍以上必要とされる．

また，接触還元と加水素分解の２工程は一挙に進行してもよさそうなものなので４工程というヒントに戸惑った読者がいるかもしれない．二重結合の還元とベンジル基の加水素分解をまとめて１工程とし，酸触媒によるアセタール化を最後の工程とする解答も正解としたいが，いちおうの模範解答としては実際に報告された上記の合成法をあげておく．

5. 次の合成反応の機構を説明せよ.

C₆H₅CH₂O

NH CH₂

H3C OCH3

OCH₃

OCH₃ C6H5CH2O

N H C₆H₅CH₂O H

H

N CH₂ H

H3C OCH3

加熱 H

H

O H H3C

【解答】[3,3]シグマトロピー転位と Mannich 反応を組み合わせた含窒素天然化合物の全合成の途中の工程である．まず，酸触媒の働きにより，アセタールからメタノールの脱離とともにオキソニウムカチオンが生成し，そのカルボニル炭素に窒素上の非共有電子対が求核攻撃してヘミアミナールが生成する．さらにメタノールが脱離してイミニウムカチオンが生成すると，熱により[3,3]シグマトロピー転位反応（Cope転位の1,5-ヘキサジエン部分の一方の炭素-炭素二重結合が炭素-窒素二重結合に置き換わっているのでaza-Cope転位反応とよばれる）

が進行する．この反応は平衡反応だが，生成物であるイミニウムカチオンが分

子内での Mannich 反応によって速やかに消費されるため，右向きの反応が進行

し，最終的には三環性のメチルケトンが生成する．なお，シグマトロピー転位反応ではいす形の遷移状態を経由するため，立体選択性が生じて六員環と五員環のつなぎ目の炭素に結合する水素は紙面の向こう側に配置される.

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C₆H₅CH₂O

NH CH₂

H₃C OCH₃ OCH₃ OCH₃

N H H

H C₆H₅CH₂O H⁺

O H₃C H C₆H₅CH₂O

NH CH₂

H₃C OCH₃ OCH₃ H O CH₃

OCH₂C₆H₅

N CH₂

H₃C OCH₃ H

O CH₃ H

OCH₂C₆H₅

N

CH₂ H₃C OCH₃ H

H H OCH₃

OCH₂C₆H₅

N

CH₂ H₃C OCH₃ H

H O

H CH₃

CH₃OH

OCH₂C₆H₅

N CH₂ H₃C

OCH₃ H

H

[3,3] シグマトロピー転位 (aza-Cope転位) H⁺

N H H

H OCH₂C₆H₅

O H₃C H Mannich反応

CH₃ H₂O

N H H

H OCH₂C₆H₅

O H₃C

H

CH₃ H

O H

CH₃OH H⁺ H

N H H

H C₆H₅CH₂O

CH₃ OCH₃

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