ハロホルム反応

Q.なぜカルボニルの隣のα水素だけが抜けるのか

A.α炭素の負電荷（共役塩基酸が水素イオン（H⁺）を1つ手放したあとに残る化学種。安定なほど元の酸は強酸である。）が、隣のカルボニルへ流れてO⁻として非局在化＝共鳴安定化できるから。芳香環環状で平面のπ電子系が、規則を満たして特別に安定になる性質。やアルキルのC–Hはこの安定化が無く、pKaが40以上でOH⁻では抜けない。α-HのpKa≈20はOH⁻（水のpKa≈15.7）で一部が抜ける程度で、平衡でエノラートが供給される。

Q.なぜモノヨード体のα-Hは、もとのアセトフェノンより抜けやすいのか

A.α炭素にすでに付いたヨウ素I8が電気陰性で電子を引く（電子求引性）から。脱プロトン分子が水素イオン（H⁺）を塩基に引き抜かれて手放す操作。プロトン化の逆である。で生じるエノラートの負電荷を、隣のヨウ素が引いて安定化する（共役塩基酸が水素イオン（H⁺）を1つ手放したあとに残る化学種。安定なほど元の酸は強酸である。が安定＝酸性が上がる）。だから1個入るごとにα-Hはより酸性になり、脱プロトン→ヨウ素化が加速する。ここがハロホルム反応が『止まらない』理由。

Q.3個目のヨウ素化の前に、なぜまた脱プロトン分子が水素イオン（H⁺）を塩基に引き抜かれて手放す操作。プロトン化の逆である。から始めるのか

A.ヨウ素化はエノラート（求核的なα炭素）でしか起きないから。中性のジヨードケトンはそのままではI₂を攻められず、まずα-Hを抜いてエノラートに戻す必要がある。2個のヨウ素が付いた今、α-Hは3回のうち最も酸性で、脱プロトンは最も速い。

Q.なぜ3個で止まるのか（4個目が入らないのはなぜか）

A.α炭素にあった水素はもともと3個（メチル基CH₃）で、3回のヨウ素化で全部ヨウ素に置き換わったから。エノラートを作るためのα-Hがもう残っていないので、それ以上ヨウ素化できない。ここで反応の向きが変わり、次はOH⁻がカルボニルに付加して–CI₃を切り離す段に移る。

Q.なぜOH⁻がカルボニルに付加できるのか（–CI₃が助けているか）

A.カルボニル炭素C2は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。の求電子点で、OH⁻は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。だから付加できる。加えて隣の–CI₃が電子求引でC2の正電荷性を高め、付加を受けやすくしている。この付加でできる四面体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。が、次に–CI₃を CI₃⁻として吐き出す舞台になる。

Q.普通は抜けない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。なのに、なぜ–CI₃はCI₃⁻として脱離できるのか

A.3個のヨウ素が電子求引で、抜けたあとの炭素上の負電荷を強く分散・安定化するから。ふつうのアルキルアニオン（例えばCH₃⁻）は共役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。酸のpKaが約50で強塩基＝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。として最悪だが、CI₃⁻は共役酸CHI₃のpKaが小さく（＝安定なアニオン）、例外的に脱離できる。O3のアルコキシドがカルボニルを再生する押し出しと合わさって、この段が進む。