Grignard Addition to a Ketone
ケトンへのGrignard付加:アセトン+CH3MgBr → マグネシウムアルコキシド →(H2O後処理)→ 2-メチルプロパン-2-オール(tert-ブタノール、第三級アルコール)
R₂C=O + R'MgX → R₂C(OH)R'(第三級アルコール)
炭素求核剤 Grignard 試薬がケトンのカルボニルに付加し、後処理で第三級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
アセトン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。Grignardのメチル等価体C10(強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。)がそのC2を攻撃して新しいC2–C10結合を作る(A)。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)。C2はメチル3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.なぜカルボニル炭素を攻めるのか、そしてこの段で水を入れてはいけないのか
A.カルボニル炭素はO側に電子を引かれてδ+=最も求電子性が高い点だから、そこを求核剤が攻める。水を入れてはいけないのは、Grignardは強塩基でもあり水のO–Hプロトンを即座に奪ってCH4になり分解してしまうから。付加が終わってから初めて水で後処理する。
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)。中性の第三級アルコール=2-メチルプロパン-2-オール(tert-ブタノール、(CH3)3C–OH)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.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 | C4H10O |
| PubChem 照合 | 緑・完全一致(CID 6386) 2-methylpropan-2-ol |