Grignard Carboxylation with CO2
Grignard 試薬と二酸化炭素のカルボキシル化
Grignard 試薬と二酸化炭素のカルボキシル化：フェニルマグネシウムブロミド PhMgBr ＋ CO2 →（後処理 H3O⁺）→ 安息香酸。炭素求核剤（カルバニオン等価体）が CO2 の求電子的なカルボニル炭素に 1,2-付加してカルボキシラートを作り、これを後処理の酸（H3O⁺）でプロトン化してカルボン酸にする。C–C 結合を1本増やす炭素鎖伸長の代表反応。
出発物から生成物へ
反応の基本形
R–MgX + CO₂ → R–COOH
Grignard 試薬がCO₂に付加してカルボキシラートを作り、後処理でカルボン酸になる炭素鎖伸長である。
反応機構（段ごと）
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。
Grignardの炭素求核剤がCO2の炭素に付加（カルボキシラート）
試薬・条件CO2
PhMgBrの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。（フェニル炭素C1のカルバニオン炭素の上に負電荷を持つ化学種で、強い求核剤・塩基としてはたらく。等価体）が、CO2の中心炭素C11を攻撃して新しいC1–C11結合を作る(A)。玉突きでC11=O10のπ電子が酸素O10へ降りてカルボキシラート（O⁻）になる(B)。直線形のCO2が曲がり、安息香酸イオン（ベンゾアート）の骨格ができる。Mg²⁺とBr⁻は対イオン（spectator）。
Q.なぜフェニル炭素が求核剤になれるのか
A.C–Mg結合は極性が大きく、炭素がδ⁻＝カルバニオン等価体としてふるまうから。だからCO2のδ⁺炭素を攻撃できる。
後処理：H3O⁺でプロトン化（安息香酸）
試薬・条件H3O⁺
カルボキシラートの酸素O10⁻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、ヒドロニウムのプロトンH31を受け取って新しいO10–H31結合を作る(C)。玉突きでO30–H31の結合電子がO30へ戻り水になる(B)。中性のカルボン酸＝安息香酸が完成する。
なぜこう進むのか
- 原理
- 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。（カルバニオン炭素の上に負電荷を持つ化学種で、強い求核剤・塩基としてはたらく。等価体）が二酸化炭素の求電子的な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。炭素に1,2付加し、カルボキシラートを作る。これを後処理の酸（H3O⁺）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。してカルボン酸にする。C–C結合を1本増やす炭素鎖伸長の代表反応。
- 選択性
- Q.なぜCO2の炭素が攻められるのか
A.CO2は2本のC=Oで炭素が強く分極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。（δ＋）した直線形の求電子剤電子が足りず、電子の余った相手（求核剤）から電子対を受け取る側の化学種。。強い炭素求核剤PhMgBrのフェニル炭素がそのδ＋炭素を攻める。 - 駆動力
- 極性の大きいC–Mg結合（炭素がδ⁻のカルバニオン等価体）が強い求核性をもち、安定なカルボキシラート（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2つの酸素に負電荷が非局在）を作るので発熱的に進む。後処理の酸で安定なカルボン酸に固定される。
近い反応・対になる反応
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。
機構の正しさを機械で確かめる
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。
検算の内訳を見る
| 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 | C7H6O2 |
| PubChem 照合 | 未照合 — キャッシュに結果なし |