クレンメンセン還元は、アルデヒドとケトンを単純な炭化水素に還元するために使用される化学反応です。反応は、カルバニオン中間体を介して進行します。カルボニル化合物を細かく刻んで反応表面積を増やした後、強火で加熱します。炎の熱と使用される触媒は、反応に必要な活性化エネルギーを提供します。この反応では、アマルガム亜鉛が触媒として使用されます。
Clemmensen の還元反応は、カルボニル化合物を単純な炭化水素に還元するために使用されます。反応はカルバニオン中間体を経由して進行します。
有機化合物は私たちの身の回りにあり、日常生活に欠かせない物質を形成しています。まさに今この瞬間でさえ、定期的にあなたの周りを回っている有機化学の量に驚かれることでしょう!これらの生命維持分子のリストの中には、カルボニル化合物として知られる非常に重要な種があります。
カルボニルは、主にアルデヒドとケトンの 2 つのクラスの化合物で構成されています。これらの有機分子は、クレメンセン還元などの還元反応を含む多数の反応を受けます。この記事では、反応について詳しく説明します。
アルデヒドとケトンとは?
アルデヒドとケトンは、カルボニル基が組み込まれた有機化合物です。カルボニル基は、炭素原子の 4 つの原子価のうち 2 つが酸素原子との二重結合によって満たされている基です。それがアルデヒドかケトンかを決定するのは、炭素の他の2つの原子価です。アルデヒドとケトンは自然界に多種多様に存在し、その多くは人工的に合成されています。
カルボニルの一般構造 (写真提供:IUPAC/wikimedia commons)
アルデヒド 末端にカルボニル基を持つ化合物です。アルデヒドでは、カルボニル官能基の片側が水素原子で満たされており、アルキル基が反対側を満たしています。アルキル基は、炭素の単純な化合物に他なりません。アルデヒド基はホルミルとしても知られています またはメタノール グループ。
アルデヒドの構造 (写真提供:Bacsica/Shutterstock)
バニリン (バニラに含まれる)、シンナムアルデヒド (桂皮由来)、およびベンズアルデヒド (アーモンドに含まれる) は、最も一般的に見られる天然のアルデヒドの一部です。
ケトン カルボニル官能基の両方の残りの原子価がアルキルによって満たされるカルボニル化合物です。その結果、これらの化合物はアルデヒドよりも重く、密度が高くなります。
樟脳、R-カルボン (スペアミント オイル由来)、および z-ジャスモン (ジャスミンに含まれる) は、一般的に発生する天然ケトンです。
ケトンの構造
(写真提供:Bacsica/Shutterstock)
クレメンセンの還元とは?
クレンメンセン還元は、アルデヒドとケトンを単純な炭化水素に還元するために使用される化学反応です。疑問に思う人もいるかもしれません…ここで削減とはどういう意味ですか?
(写真提供:パブリック ドメイン/ウィキメディア コモンズ)
科学的には、化合物は、電子を獲得するか、1 つ以上の酸素原子を失うと還元されます。クレンメンセン還元では、アルデヒドとケトンの両方がカルボニル基を失い、酸素原子を失います。これ以降、クレメンセン反応はアルデヒドとケトンを還元すると言います。
カルボニル化合物を細かく刻んで反応表面積を増やした後、強火で加熱します。炎の熱と使用される触媒が必要な活性化エネルギーを提供します 反応のために。活性化エネルギーは、化学反応を開始するために供給される必要がある最小量のエネルギーです。
アマルガム亜鉛が触媒として使用されるのはなぜですか?
アマルガム化亜鉛は、水銀に溶解した亜鉛であり、この反応の触媒として使用されます。粉末亜鉛または金属の塊は、十分に活性化されていないため、還元を直接触媒するために使用することはできません。 亜鉛に水銀を添加すると、アマルガム全体に金属が均等に分配され、反応速度が上がり、亜鉛の活性化エネルギーも反応の進行に必要なレベルまで上昇します。
また、純粋な亜鉛は存在する塩酸と急速に反応し、塩化亜鉛を形成し、安定した水素ガスを放出し、反応ゾーンからすぐに逃げます.ただし、この反応が亜鉛アマルガムで進行すると、HCL と亜鉛の反応によって形成された個々の水素分子は反応状態 (「発生期水素」と呼ばれることもあります) にとどまり、カルボニル化合物 (ケトンまたはアルデヒド) と反応して還元を開始します。反応。
プロセスのメカニズム
クレンメンセンの還元の反応メカニズムは、特定のレベルでまだ議論の余地がありますが、科学界の大多数は次のメカニズムを受け入れています.
カルバニオン機構
還元は、Zn 金属表面のカルボニル官能基のプロトン化 (水素イオンの付加) によって進行し、有機亜鉛中間体 (A) の形成につながると考えられています。この中間体のさらなるプロトン化により、水分子が除去され、ここからの段階的な電子移動により、有機金属カルバニオンが形成されます。カルバニオンは過剰な電子を持つ有機種であり、非常に不安定 (短寿命) であり、したがって反応性があります。
カルバニオンはすぐにプロトンと結合してアルキル亜鉛イオンを形成し、さらにプロトンを受け取って最終生成物であるアルカン。ベンズアルデヒドなどの環状有機分子の場合、反応はカルベンまたはカルベノイド中間体を介して進行する同様の経路に従います。得られる生成物は、環状または開鎖のいずれかです。
Clemmensen 整復中の注意事項
Clemmensen の還元は、酸に敏感な物質には適していません。反応物分子にヒドロキシル基 (-OH) などの酸感受性基が組み込まれている場合、水素イオンはカルボニル基を攻撃する代わりにそれらを攻撃するため、反応が失敗します。
繰り返しますが、プロトンは酸基の反応性炭素を攻撃しないため、この操作はカルボン酸の還元には利用できません。代わりに、ソーダライムを同じ目的で使用できます.
