Acetylation of Aniline
求核アシル置換:アニリンのアセチル化(無水酢酸)→ アセトアニリド
R–NH₂ + (R'CO)₂O → R–NH–CO–R' + R'COOH
アミンが酸無水物のカルボニルを攻めてアシル化され、アミド(アセトアニリド類)になる求核アシル置換である。
巻矢印はA=攻撃 / B=脱離・π形成 / C=プロトン移動。本文の (A)(B)(C) は図中の同色の矢印を指します。
試薬・条件無水酢酸
アニリンの窒素N9の孤立電子対結合に使われず、原子の上に対で残っている非共有の電子対。求核剤として攻める手になる。が、無水酢酸のカルボニル炭素と酸素が二重結合したC=O構造。炭素が電子不足で、求核剤に攻められる。炭素C1を攻撃して新しいN9–C1結合を作る(A)。玉突きでC1=O2のπ電子が酸素O2へ降りてアルコキシドアルコールのO–Hが外れ、酸素上に負電荷を持った陰イオン。強い求核剤・塩基である。(O⁻)になる(B)。平面のカルボニルが四面体(sp3)中間体反応の途中で一時的にできる、ある程度の寿命を持つ化学種。遷移状態とは別物である。になり、N9は正電荷(4結合)を帯びる。
Q.なぜ窒素が攻めるのか(酸素ではなく)
A.窒素は酸素より電気陰性度結合の電子対を引き寄せる強さの尺度。大きい原子ほど電子を引き、分極を生む。が低く孤立電子対を渡しやすい=より強い求核剤電子が余っていて、電子の足りない相手(求電子剤)へ電子対を差し出して結合をつくる化学種。だから。だからO–アシル化でなくN–アシル化が起こる。
アルコキシドアルコールのO–Hが外れ、酸素上に負電荷を持った陰イオン。強い求核剤・塩基である。のO2⁻孤立電子対結合に使われず、原子の上に対で残っている非共有の電子対。求核剤として攻める手になる。がC1=O2を再生し(B)、玉突きでC1–O4結合の電子がO4へ降りて酢酸イオン⁻O4を脱離させる(B, 脱離矢印)。四面体中間体カルボニルに求核剤が付き、炭素がsp3の四面体形になった中間体。が崩れ、プロトン化分子が水素イオン(H⁺、プロトン)を1つ受け取る操作。酸性条件でよく起こる。アミド(N⁺)と酢酸イオンになる。
Q.なぜN側でなくO4側が抜けるのか
A.脱離基結合の電子対を持ったまま分子から抜けていく原子や原子団。抜けたあと安定なほど良い脱離基となる。の安定性で決まる。カルボキシラート(酢酸イオン)は共鳴1つの構造式では描き切れない電子の広がりを、複数の極限構造で表す考え方。で安定な弱塩基=良い脱離基。一方アミドのN側を切ると不安定なアミドアニオンになり戻りにくい。だから酢酸イオンが抜ける。
試薬・条件酢酸イオン(塩基)
脱離した酢酸イオンO4⁻が、プロトン化分子が水素イオン(H⁺、プロトン)を1つ受け取る操作。酸性条件でよく起こる。アミドのN–H(H13)を引き抜き(C)、N9–H13の結合電子が窒素N9へ戻って中性アミドになる(B)。これでアセトアニリドが完成し、酢酸が生じる。
同じ中間体・対になる選択性・連続する変換など、位置の近い反応です。反応マップで全体の中での位置も見られます。
原子の保存・電子の流れ・生成物への到達を機械で検証しています。妥当な経路は複数ありえます。
| 矢印⇄結合変化の整合 | 整合 — fail=0 / check=0(全3段) |
|---|---|
| 電荷保存 | 保存 — 全段で電荷保存 |
| 中間体の鎖の連続 | 連続 — 中間体の鎖が連続 |
| 生成物への到達(内部整合) | 到達 — 看板の生成物が機構中で実際に生成 |
| 生成物の分子式 | C8H9NO |
| PubChem 照合 | 緑・完全一致(CID 904) N-phenylacetamide |