求核付加は、求核試薬が求電子カルボニル炭素と反応する付加反応です。その結果、新しいシグマボンドが作られます。これらのタイプの反応は、新しい複雑な有機化学物質の開発に役立ちます。最も重要なことは、この反応は、カルボニルをさまざまな種類の官能基に再編成するため、有機化学において重要な位置を占めていることです。さまざまなタイプの求核反応と相互に関連する反応は、生物の代謝過程における化合物の生物学的合成に役立ちます。
通常、カルボニル化合物の求核付加反応は、次の 3 つのステップに分けることができます:
求電子性カルボニル炭素は、求核剤とシグマ結合を構築します。
炭素-酸素 pi 結合が分割され、介在するアルコキシドが作成されます。
その後のアルコキシドのプロトン化により、アルコール誘導体が生成されます。
カルボニル化合物の反応性
この反応性は、主にカルボニル原子の有効電荷の大きさに依存します。また、電子欠損炭素の方が反応性が高いことも知られています。カルボニル炭素に固定された基は、求核付加反応に対するカルボニル化合物の反応性の影響を受けます。
アルデヒドは、ケトンに比べて求核付加反応に対してより反応性があります。したがって、ケトンによって形成される一次カルボカチオンは主に求核攻撃に対してより傾向がありますが、ケトンの二次カルボカチオンは隣接するR基によって安定化されます。
求核付加反応のメカニズム:
求核付加反応のメカニズムに含まれるステップは次のとおりです:
求核試薬は、sp2 から sp3 へのカルボニル炭素の再ハイブリダイゼーションの結果、求電子性 C=O 炭素原子と結合します。パイ結合に存在する電子は、電気陰性度の酸素原子に向かって引き付けられ、その結果、中間の四面体アルコキシドが得られます.
酸を加えてアルコールを作ると、アルコキシドがプロトン化されます。
RMgX (グリニャール試薬)、RLi などの強力な求核剤は、C=O 結合に直接付加されます。一方、H2O、ROH、RNH2 のような弱い求核試薬には、酸触媒が必要です。
求核付加反応は、有機化学において重要な役割を果たしています。求電子反応を伴う化合物が求核剤と2回または3回反応する反応です。この反応は、置換の全体的な効果をもたらします。
付加反応の種類
水の求核付加-
これは、カルボニル化合物への水の求核付加が行われ、ジェミナル ジオールが生成される化学反応です。水の求核付加反応は、中性条件下では遅くなります。
アルコールの求核付加:
一般に、この反応は酸触媒の存在下で行われます。たとえば、ヘミアセタールを形成するために、アルデヒドとケトンはアルコールとの求核付加反応を経ます。
シアン化水素との反応:
シアノヒドリン形成
シアン化水素 (HCN) とカルボニル化合物 (アルデヒドおよびケトン) との間の求核付加反応により、シアノヒドリンが形成されます。
シアン化物 (HC≡N) は、可逆的に水に付加されて、シアノヒドリンと呼ばれる生成物を形成することもあります.
RCH=O + H–C≡N → RCH(OH)CN (シアノヒドリン)
シアン化水素自体が酸 (pKa =9.25) であるため、酸触媒による付加はできません。シアン化物陰イオン C≡N- を使用する場合は常に、触媒塩基を追加する必要があります。アルデヒドに優しい反応である環状ケトンとメチルケトンは、妨げられずに形成できます。
したがって、シアン化水素 (HCN) は危険で有毒なガスであるため、この反応は一般にシアン化水素 (HCN) のみを使用して行われるわけではありません。したがって、シアン化ナトリウムまたはシアン化カリウムの溶液は、少量の硫酸からなる水中のアルデヒドまたはケトンと混合されます。この溶液には、HNC だけでなく、遊離シアン化物イオンも含まれています。
NH3 とその誘導体
NH3 はアンモニアとも呼ばれます。その派生物は次のとおりです:
イミンを形成する第一級アミンとの反応:
イミン誘導体は、シッフ塩基としても知られるアンモニアまたは 1'-アミンを含むアルデヒドおよびケトンによって形成されます。そのため、水は反応で除去されます。これは、アセタール形成と同様に、正確に酸触媒され、可逆的です。したがって、イミン化合物を形成するこのような反応のpHは、注意して制御する必要があります。低い pH では、主にすべてのアミンが、そのアンモニウムが酸と結合して非求核性になるため結合します。一方、高い pH レベルでは、中間体でプロトン化して水分を除去するのに十分な酸が残っていません。
イミン形成反応の可逆性:
酸性条件下では、イミンは加水分解されて対応する第一級アミンに戻ります。
Y-NH2 タイプの他の試薬が関与する反応:
イミンは加水分解に弱いため、分離と精製が難しい場合があります。したがって、Y-NH2 の他の試薬が徹底的に研究され、安定したポジティブな生成物が得られることがわかりました。これは、正確にそれが作られたアルデヒドとケトンの特性評価に役立ちます。
二級アミンとの反応によるエナミンの形成
多くのアルデヒドとケトンが 2º アミンと反応して、エナミンと呼ばれる生成物を生成します。この場合、これらは酸触媒であるため、水との反応が失われます。したがって、エナミンは、酸触媒加水分解によって容易に元のカルボニル基に変換できます。
