アルコール・エーテル・エポキシドの反応

(1)

アルコール・エーテル・エポキシドの反応

(2)

アルコールの命名法

C OH

CH₃CHCH₃ OH

2-

2-propanol

isopropyl alcohol

C OH CH₃ CH₃

CH₃

2- -2-

2-methyl-2-propanol t-butyl alcohol

※「イソプロパノール」「

t

-ブタノール」は誤り

（理由：「イソプロパン」「

t

-ブタン」という炭化水素は存在しないため）

CH₃CH₂OH

ethanol ethyl alcohol

2

(3)

エーテルの命名法

CH₃CH₂OCH₂CH₃

diethyl ether

OCH₃

methyl phenyl ether methoxybenzene C

H₃C H₃C

H₃C

O CH₃

t

t-butyl methyl ether

2- -2-

2-methoxy-2-methylpropane

(4)

アルコールの置換反応・脱離反応

・OH 基の脱離能は低い

・プロトン化による活性化

・スルホン酸エステルへの変換

・ハロゲン化アルキルへの変換

4

(5)

アルコールの OH の脱離能は低い

CH

₃

CH

₂

OH Cl

^–

DMSO (S

_N

2)

C OH CH

₃

CH

₃

CH

₃

CH

₃

COH O

(S

_N

1)

OH基を「脱離能の高い別の置換基」に変える必要がある

OH

^‒

：強塩基性 → 脱離能が低い

(6)

アルコールを反応させるための３つの方法

・酸で OH をプロトン化して「H

²

O」に変える

・OH基をスルホン酸エステルに変える

・PBr

³

または SOCl

²

を使ってOH基をハロゲンに変える

6

(7)

方法１：酸で OH 基をプロトン化する

CH₃CH₂ OH

–OH

H⁺

CH₃CH₂ OH H

H₂O

※ この条件では、弱い求核剤のみ使用可能

CH₂ OH₂ CH₃

–CN

–CN H⁺

HCN

(8)

一級アルコールとハロゲン化水素の反応：S

^N

2

C OH H

CH₃ H (S_N2)

H–Cl – Cl^–

C O H CH₃

H

H H

Cl^– – H₂O

C Cl H CH₃

H

※ ハロゲン化物イオンは求核性低い

→ S

^N

2 反応は遅い。通常は加熱が必要

8

(9)

二級・三級アルコールとハロゲン化水素の反応：S

^N

1

C OH H

CH₃

CH₃ (S_N1)

H–Cl – Cl^–

C O H CH₃

CH₃ H

H C

H CH₃

CH₃

– H₂O Cl^–

C Cl H CH₃

CH₃

C OH CH₃ CH₃

CH₃ (S_N1)

H–Cl – Cl^–

C O CH₃

CH₃

CH₃ H

H ^C

CH₃ CH₃

CH₃

– H₂O Cl^–

C Cl CH₃ CH₃

CH₃

※ なぜ二級なのに S

^N

1？ → 脱離基の脱離能が高いため求核剤の求核性が低いため

※ 三級アルコールの酸性条件での S

^N

1 は室温でも進行する

(10)

【練習問題】(1) 1-オクタノールを HBr と加熱すると 1-ブロモオクタンが得られる。反応機構を巻き矢印で書きなさい。(2) 1-オクタノールと NaBr を加熱しても反応は起こらない。理由を説明しなさい。

10

(11)

酸触媒によるアルコールの S

^N

2 反応

CH₃CH₂ OH

H–OSO₃H

CH₃CH₂ O H H + ^–OSO₃H

CH₃CH₂ OH

CH₃CH₂ O CH₂CH₃ + H₂O H

CH₃CH₂ O CH₂CH₃

H CH₃CH₂ OH

S

^N

2 酸触媒が再生

CH₃CH₂ O CH₂CH₃ CH₃CH₂ O

H H +

(12)

酸触媒によるアルコールの E2 反応

CH₃CH₂ OH

H–OSO₃H

CH₂ O H H CH₂

H

+ ^–OSO₃H

CH₃CH₂ OH

CH₂ CH₂

CH₃CH₂ O H H +

+ H₂O

酸触媒が再生 E2

※ 温度が高いと E2, 低いと S

^N

2 が優先する

12

(13)

【練習問題】1,4-ブタンジオールを酸触媒で分子内脱水し

て、環状のエーテル化合物を得た。巻き矢印で反応機構を

示しなさい。

(14)

方法２：OH 基をスルホン酸エステルに変える

CH₃CH₂ OH + Cl S O O

CH₃ +

N p-

p-toluenesulfonyl chloride pyridine

CH₃CH₂ O S O O

CH₃ +

N Cl^– +

p- H

ethyl p-toluenesulfonate

14

(15)

スルホン酸エステルは良い脱離基

(S

^N

2)

共役酸の pK

^a

‒2.8 ‒1.7 15.7

O S

O O

CH₃ O OH

H H CH₃CH₂ O S

O O

CH₃ + ^–OCH₃ CH₃CH₂ OCH₃ O S O O

CH₃ +

(16)

スルホン酸エステルを経由する S

^N

2：立体化学

省略記号「Ts」を使って書く（Ts =

p

-トルエンスルホニル基）

(S) (S)

OH

(S) (S)

OTs

–OCH₃ ^(R)^(R)

OCH₃ TsCl

Ts = S O O

CH₃

(S) (S)

OH

S Cl

O O

CH₃

-

(S) (S)

O S O O

CH₃

–OCH₃ (R)(R)

OCH₃

16

(17)

方法３：PBr

³

, SOCl

²

で OH 基をハロゲンに変える

CH₃CH₂ OH + PBr₃ CH₃CH₂ Br + HO PBr₂

CH₃CH₂ OH + S CH₃CH₂ Cl + O

Cl Cl

+ S O N O

+ N

H

+ Cl^–

三臭化リン

塩化チオニルピリジン

Br Cl OH

共役酸の pK

^a

‒9 ‒7 15.7

(18)

ハロゲン化アルキルを経由する S

^N

2：立体化学

(S) (S)

OH

(R) (R)

Br

PBr₃ ^–OCH₃ ^(S)^(S)

OCH₃

(S) (S)

OH

(R) (R)

Cl SOCl₂

–OCH₃ ^(S)^(S)

OCH₃

TsCl を使った場合の立体化学と見比べること

(S

^N

2) (S

^N

2)

(S

^N

2) (S

^N

2)

18

(19)

アルコールの活性化法：まとめ

活性化法反応式脱離基 S

^N

2生成物の立体配置

プロトン化 −

スルホン酸

エステル反転

PBr

³

による

臭素化保持

SOCl

²

による

保持 R–OH H

⁺

R–OH

₂

R–OH

TsCl

R–OTs

R–OH PBr

₃

R–Br

H

2

O

TsO

^–

Br

^–

Cl

^–

SOCl

₂

(20)

A B

OH CN CN

【練習問題】左のアルコールから化合物 A, B を合成する方法を提案しなさい。

20

(21)

エーテルの置換反応・脱離反応

・OR 基の脱離能は低い

・プロトン化による活性化

(22)

エーテルの求核置換反応と脱離反応

CH₃CH₂OCH₃ Cl^–

DMSO (S_N2)

C OCH₃ CH₃

CH₃

CH₃COH O

(S_N1)

RO基を「脱離能の高い別の置換基」に変える必要がある RO

^‒

：強塩基性 → 脱離能が低い

22

(23)

エーテルの活性化：プロトン化

CH

₃

CH

₂

OCH

₂

CH

₃

+ H

⁺

OCH

₂

CH

₃

H

CH

₃

CH

₂

CH

₃

CH

₂

OH エーテルとハロゲン化水素の反応

CH₃CH₂OCH₂CH₃ + H Br OCH₂CH₃ H

CH₃CH₂ + Br^–

CH₃CH₂ Br +

HOCH₂CH₃

(24)

三級アルキルエーテルと酸の反応

C OCH₂CH₃ CH₃

CH₃

CH₃ H

+ ^–OSO₃H

CH₃ C CH₃ CH₃

+ HOCH₂CH₃

CH₃ C CH₂ CH₃

HOCH₂CH₃ H

CH₃ C CH₂ CH₃

+ HOCH₂CH₃ H

C OCH₂CH₃ CH₃

CH₃

H–OSO₃H

E1

24

(25)

O

+ H–Cl

【練習問題】テトラヒドロフランを塩酸と加熱すると、高沸点の物質が生成した。反応機構を巻き矢印で示しなさい。

？？

(26)

エポキシドの置換反応

26

(27)

エネルギー

エポキシド

エポキシド＝酸素を含む三員環エーテル

角ひずみがあるためエネルギーが高い＝反応性高い

エポキシド

普通のエーテル

エポキシドの方が

活性化エネルギーが小さい C C

O H

H H

H O O

2 , 2 - 2

ethylene oxide cyclohexene oxide 2,3-epoxy-2-methylbutane

(28)

エポキシドの反応（酸性条件）

H₂C CH₂

O H⁺

H₂C CH₂ O

H

Br^–

H₂C HO

CH₂ Br 良い脱離基になる

H₂C CH₂

O H⁺

H₂C CH₂ O

H

H₂C HO

CH₂ OH H₂O

H

H₂C HO

CH₂ OH – H⁺

エチレンオキシド＋HBr

エチレンオキシド＋水＋酸触媒

28

(29)

エポキシドの反応（塩基性条件）

エチレンオキシド＋NaOCH

³

最初から入れてはダメ！

（CH³O^‒ をつぶしてしまう）

H₂C CH₂

O ^–OCH₃

H₂C O

CH₂ OCH₃

H⁺

H₂C HO

CH₂ OCH₃

(30)

【練習問題】1-ブチンにナトリウムアミド NaNH

²

を加え、

続いてエチレンオキシドを加えた。十分に反応させた後、薄い塩酸を加え、エーテル抽出で有機物のみを取り出した。生成物は何か。

30

アルコール・エーテル・エポキシドの反応