ヘミアセタールは、アルコールの酸素原子がアルデヒドまたはケトンのカルボニル基と反応して生成されます。これは、求電子カルボニル基に対するヒドロキシル基の求核攻撃が原因で発生します。アルコールは求核性が低いため、通常、カルボニル酸素のプロトン化はカルボニル炭素への影響を促進します。この反応がアルデヒドだけで起こる場合、結果はヘミアセタールと見なされ、ケトンで起こる場合、結果はヘミケタールとして知られています.
ヘミケタール合成
ケトンまたはアルデヒドへのアルコールの結合は、生化学、特に炭水化物化学における求核付加プロセスの最も重要な例の 1 つです。アルコールがアルデヒドと反応すると、得られる生成物はヘミアセタールです。アルコールがケトンと反応するときはいつでも、結果として生じる生成物はヘミケタールとして知られています.
ヘミアセタールとヘミケタールは、それぞれのアルデヒド - アルコール成分よりも強力であるため、反応の平衡は左側にあります。ただし、グルコースやその他の糖の設定で示すように、5 員および 6 員の環状ヘミアセタールはエネルギーが大幅に低く、平衡状態で優先されます。
アルデヒドとケトンは、水溶液中で水和物の形で平衡に達します。水分子がこのようなアルデヒドまたはケトンのカルボニル炭素と反応すると、水和物が形成されます。アルデヒドおよびケトン分子は、その構造に応じて、水溶液中でかなりの量の水和形態で存続する場合がありますが、通常は単純化のために非水和状態で示されます。糖化学では、分子内ヘミケタールおよびヘミアセタールの生成が一般的です。たとえば、溶液中では、グルコースの 99% が環状ヘミアセタールの形で存在し、グルコースのわずか 1% が開いた形のままです。
閉環のステップ (ヘミケタール合成)
閉環メタセシス (RCM) は、有機化学で頻繁に利用されるさまざまなオレフィン メタセシスであり、2 つの出力アルケンの分子内メタセシスを介して異なる不飽和環を合成し、E または Z 異性体としてのシクロアルケンおよび不安定なエチレンを形成します。 /P>
環の直径が 5 ～ 7 個の原子が最もよく合成されます。それにもかかわらず、公開された合成には 45 ～ 90 員のマクロ複素環が含まれています。これらのタイプの反応は金属によって触媒され、金属シクロブタン中間体が関与します。 Didier Villemin は 1980 年に Exaltolide Precursor の合成について説明し、後に Richard R. Schrock と Robert H. Grubbs によって広められました。Grubbs は、2005 年にイヴ ショーヴァンと共に、オレフィン メタセシスの共同研究でノーベル化学賞を受賞しました。閉環メタセシスは、以前は環へのアクセスが困難であり、基質の幅が広かったため、生産における人工的な価値のために、いくつかの有機化学者の間で好まれています。 2級アルコール求核剤の付加が起こり、アセタールとケタールを生成する可能性があるため、それぞれの名前に単語「ヘミ」が含まれています.アルコールとアルデヒドまたはケトンのヘミアセタールまたはヘミケタールへの変換は可逆的です.
Didier Villemin は、1980 年に閉環メタセシスに関連する最初の事例を報告しました。そこで彼は、WCl6/Me4Sn 触媒メタセシス環化を使用して 60 ～ 65% の収率で Exaltolide 前駆体を製造しました。
分子内ヘミケタールとしての糖
前述のように、ヘミアセタールとヘミケタールの相互作用は炭水化物化学にとって重要です。糖分子は通常、ケトンまたはアルデヒド置換基と多数のアルコール基を含んでいます。アルデヒド糖は通常アルドースと呼ばれ、ケトン糖はケトースと呼ばれます。たとえば、グルコースはアルドースですが、フルクトースはケトースです。
グルコピラノースは、グルコースの環状形態です。平面のカルボニル位置に対する求核攻撃は、平面の両側に沿って発生する可能性があり、その結果、2 つの異なる立体化学的結果 (2 つの異なるジアステレオマー) が生じます。これらのジアステレオマーは、炭水化物命名法でグルコピラノースの a および b アノマーとして知られています。
ヘミケタール合成の一般的なメカニズム
遷移金属触媒によるオレフィン メタセシスのメカニズムは、過去 40 年間にわたって広く研究されてきました。閉環メタセシスは、開環メタセシス重合、クロスメタセシス、非環式ジエン メタセシスなど、他のオレフィン メタセシス イベントと同様のメカニズム経路に従います。触媒反応内のすべてのフェーズは、反応環境と基質に依存して調整可能であると見なされるため、他のいくつかの経路が閉環メタセシスと交差する可能性があります。 Chauvin は 1971 年に、[2+2] 環化付加によるメタラシクロブタン相の生成を仮定しました。これは、ほぼ同じアルケンと触媒実体、または触媒種とアルキリデンを生成するためにさらに除去されます。この方法は化学者の間で広く受け入れられており、閉環メタセシス メカニズムのフレームワークを提供します。
触媒のアルケン配位子が基質と置換され、反応が開始されます。この反応には、1 回の [2+2] 環状脱離と環状付加による新しいアルキリデンの生成が含まれます。グラブス触媒の文脈では、ホスフィン配位子の会合と解離も起こります。
結論
閉環メタセシスは、伝統的にいくつかの有機合成に採用されており、現在でも幅広い化学物質の合成に使用されています。例は、閉環メタセシスの広範な有用性の単なるサンプルです。他にもいくつかのオプションがあります。完全な合成における閉環メタセシスの重要性は誇張することはできません。 1 つの例は、発見されたシクロファン フロレソリドの生合成で 12 員環を自然に生成する際の使用です。 Floresolide B は Apidium ascidian に由来し、KB 癌細胞に対して細胞毒性を示しました。
