Markovnikov Addition of HBr
HBrのマルコフニコフ付加:プロペン CH2=CHCH3 + 臭化水素 HBr → 2-ブロモプロパン CH3CHBrCH3。まずアルケンのπ電子がHBrのプロトンを受け取り、より置換の多い炭素上に2級カルボカチオンができる。次にそこへ臭化物イオン Br⁻ が結合して臭化物が完成する2段の求電子付加。水素は水素の多い側の炭素へ、臭素は水素の少ない側の炭素へ付く(マルコフニコフ則)。
R₂C=CH₂ + H–X → R₂C(X)–CH₃
アルケンがHXのプロトンを受けて安定な方のカルボカチオンを作り、X⁻が付いてマルコフニコフ生成物を与える求電子付加である。
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HBr
プロペンの二重結合C2=C3のπ電子が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。としてはたらき、HBrのプロトンH5を末端炭素C3の側で受け取って新しいC3–H5結合をつくる(A)。それと同時に、玉突きでH5–Br6の結合電子が丸ごと臭素Br6へ移り、Br⁻になる(B)。プロトンが末端C3(元から水素が多い側)に付くことで、残る正電荷は内側の炭素C2に乗り、メチル(C1)とC3にはさまれた2級カルボカチオン炭素の上に正電荷を持つ、電子が足りず不安定な中間体。置換基の多い3級ほど安定になる。ができる。ここが反応全体の律速段反応全体の速さを決める、いちばん遅い段階。ここの越えやすさが反応速度を支配する。。生じるのはイソプロピルカチオン (CH3)2CH⁺ と臭化物イオン Br⁻。
Q.なぜプロトンは末端のC3に付き、正電荷はC2側に乗るのか(1級でなく2級カチオンになるのはなぜか)
A.この段が律速なので、どちらの経路を通るかは生じるカルボカチオンの安定性で決まる。プロトンが末端C3に付けば正電荷は内側のC2(両隣に炭素をもつ2級炭素)に乗り、逆にC2に付けば末端C3(片側しか炭素がない1級炭素)に乗る。カルボカチオンは正電荷を負う炭素に隣接する炭素が多いほど、その炭素からの超共役隣のC–H結合の電子が、空いた軌道や正電荷へわずかに供与して安定化するはたらき。や誘起効果電気陰性度の差が、σ結合を伝って電子を引っぱる・押す効果。で電子的に助けられて安定になり、2級は1級よりずっと安定。より安定なカチオンへ向かう経路の遷移状態結合が切れかけ・できかけの、エネルギーが最も高い一瞬の状態。取り出すことはできない。も低くて速いので、2級カチオンを与える『プロトンが末端C3へ付く』側が選ばれる(マルコフニコフ則非対称アルケンへのHX付加で、より安定なカルボカチオンができる向きに反応が進む経験則。の中身)。
試薬・条件Br⁻
第1段で生じた臭化物イオンBr6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、電子の薄い2級カルボカチオン炭素の上に正電荷を持つ、電子が足りず不安定な中間体。置換基の多い3級ほど安定になる。炭素C2を攻撃して新しいC2–Br6結合をつくる(A)。反対符号どうし(Br⁻の−1とカチオンの+1)が結びつくので速やかに閉じ、正電荷が中和されて中性の2-ブロモプロパン CH3CHBrCH3 が完成する。臭素はC2(水素の少ない側の炭素)に付いており、これがマルコフニコフ付加の生成物。
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 | C3H7Br |
| PubChem 照合 | 未照合 — キャッシュに結果なし |