シアノヒドリン生成

原理

シアノヒドリン生成は、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。への求核付加求核剤がカルボニルなどの二重結合に付き、π結合が開いて新しい結合ができる反応。の型そのものである。炭素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。であるシアン化物イオン CN⁻ が、電子の薄いカルボニル炭素C1（δ+電気陰性度の差で結合の電子が偏り、δ＋とδ－の部分電荷が生じること。）を攻めて C–C 結合を1本つくり（第1段）、生じた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。の酸素O2⁻ がプロトンを拾って中性の –OH になる（第2段）。第1段で CN⁻ が消費されるが、第2段で HCN から等量再生するので CN⁻ は触媒反応を速めるが、自身は反応の前後で消費されず再生される物質。として回る。正味では、もとの C=O 二重結合が、C–C（ニトリル側）・C–O（ヒドロキシ）・C–H（既存のアルデヒドH）という単結合の組へと組み替わり、炭素が1個増える増炭反応になる。

選択性

Q.この反応で新しくできる炭素C1は不斉炭素になるが、生成物の立体はどうなるのか
A.カルボニル炭素C1に CN⁻ が付くと、C1は H・OH・CN・フェニルという4つの異なる基をもつ不斉炭素（キラル重ね合わせられない鏡像の関係にある一対の分子。キラルな分子で生じる。中心）になる。だが求核剤 CN⁻ は平面の C1 のどちらの面からも等しく近づけ、面を区別する不斉な環境がない（キラル触媒や酵素を使わない限り）。そのため上面から付いた分子と下面から付いた分子が半々に生じ、生成物マンデロニトリルは R体と S体が等量のラセミ体になる。単一の立体を得たいときは、面を区別する不斉触媒（ヒドロキシニトリルリアーゼ等）が別に要る。

駆動力

各素反応は可逆で、シアノヒドリン生成は平衡反応である。平衡を生成物側へ傾ける熱力学的な駆動は、もとの C1=O2 のπ結合が、新しくできる C1–C10 のσ結合（と O2–H の生成）へと置き換わることにある。カルボニルのπ結合は比較的弱く、これを強い C–C σ結合1本と引き換えにできるぶん、付加体（シアノヒドリン）側が得をする。逆に、生成物の C1–O2 はπを失って単結合になった C=O の名残にすぎず（より強い C=O 二重結合が減った側）、アルデヒドの C1–H はもとからある結合がそのまま残るだけなので、どちらも『新しく強い結合が増えた』とは数えられない。効いているのは C–C σ結合が1本増えたことである。ベンズアルデヒドのようなアルデヒドはカルボニル周りの立体障害が小さく、sp³ の付加体になっても混み合わないので平衡は生成物へ傾く（二つのかさ高い基をもつケトンでは、付加体が立体的に混雑して不利になり、平衡が原系側へ戻りやすい）。ただし可逆なので、塩基を強めて –OH のプロトンを奪いアルコキシドに戻すと、逆反応で CN⁻ が押し出されてベンズアルデヒドへ分解する。したがってこの反応は、求核剤 CN⁻ を供給しつつプロトンも供給できる、緩やかな酸性〜中性付近の緩衝条件で回すのが要点になる。

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