Grignard 1,2-Addition to an Enone
エノンへのGrignardの1,2-付加:メチルビニルケトン(MVK)+CH3MgBr → マグネシウムアルコキシド →(H2O後処理)→ 2-メチル-3-ブテン-2-オール(第三級アリルアルコール)
C=C–C=O + R'MgX → C=C–C(OH)R'(1,2-付加)
Grignard 試薬がα,β-不飽和カルボニルのカルボニル炭素へ1,2-付加し、後処理でアリルアルコールを与える反応である。
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CH3MgBr
MVK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C2は、電気陰性なO3にC=Oの電子を引かれて部分正電荷(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。)を帯びている。硬い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Grignardのメチル等価体C10が、共役系二重結合と単結合が交互に並び、π電子がひと続きに広がった状態。のβ炭素C6ではなくこのカルボニル炭素C2を攻撃して新しいC2–C10結合を作る(A)=1,2-付加。玉突きでC2=O3のπ電子が酸素O3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)。C5=C6の二重結合はそのまま残る。C2はメチル2つとビニル1つを持つsp3の第三級炭素になり、O⁻はMg²⁺と塩(O–MgBr)を作る。Mg²⁺・Br⁻は対イオン。
Q.なぜβ炭素C6でなくカルボニル炭素C2を攻めるのか
A.Grignardは電荷が強く局在した硬い(hard)求核剤で、静電的に最も正電荷が濃い点=カルボニル炭素を直接攻めるから(HSAB)。カルボニル炭素はO側に電子を引かれてδ+が最大。だから軟らかいGilman試薬がβ炭素を狙う1,4-付加とは逆に、1,2-付加になる。
試薬・条件H2O(H3O⁺)
反応が終わったところで水(酸性後処理)を加える。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。O3⁻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。が水のプロトンH21を受け取り(C)、玉突きでO20–H21の結合電子がO20へ戻って水になる(B)。二重結合を残したまま中性の第三級アルコール=2-メチル-3-ブテン-2-オール(CH2=CH–C(OH)(CH3)–CH3、第三級アリルアルコール)が完成する。
Q.なぜ最後に水(後処理)で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。するのか
A.1,2-付加でできるのはアルコキシドのMg塩であって、まだアルコールそのものではないから。反応が終わった後に水を加えてO⁻をO–Hにプロトン化して初めて、目的の中性アルコールが取り出せる。付加の途中でなく最後に入れるのがGrignardの鉄則。
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2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 | C5H10O |
| PubChem 照合 | 緑・完全一致(CID 8257) 2-methylbut-3-en-2-ol |