2022年度 有機化学IV：授業の予定
連絡先：吉村文彦（講義担当）：居室 6511室
fumi@u-shizuoka-ken.ac.jp
稲井誠（宿題担当）
makinai@u-shizuoka-ken.ac.jp

教科書：「ボルハルト・ショアー 現代有機化学 第8版 (下)」
1回(10/3)：22章 p1309-1326

8回(11/30)：24章 p1435-1458

22章の演習4回(11/7)：23章 p1383‒1395

10回(12/12)：25章 p1487‒1507
11回(12/19)：25章 p1507‒1525

2回(10/17)：22章 p1326‒1347
3回(10/24)：22章 p1347‒1366

5回(11/14)：23章 p1395‒1404
6回(11/21)：23章 p1404-1412
23章の演習7回(11/28)：24章 p1425‒1435

9回(12/5)：24章 p1458‒1473
24章の演習12回(1/16)：25章の演習
26章 p1541‒1562
13回(1/23)：26章 p1562‒1585
14回(1/30)：26章 p1585-1606
26章の演習有機化学IV：成績の評価と連絡事項
評価：試験の成績が60点以上で合格。
・60点未満の学生は、宿題提出1回につき1点を加算後60点以上なら合格。
・講義スライド、演習問題など授業資料は、薬造のHP内の「授業情報」に掲示する。https://www.us-yakuzo.jp/lesson/
・宿題は授業当日ユニパで連絡する。
解答は画像ファイル(JPEG または PDF)として、ユニパでアップロードすること。
宿題の締切：1週間後の午前9時
・宿題の解答例と過去の試験問題をHPで公開する。
・演習の日は、演習問題を解いた上で授業に参加すること。

22章：今回の要点
22章 ベンゼンの置換基の反応性：
アルキルベンゼン、フェノールおよびアニリン
p1309‒1326(1) ベンジル型の共鳴安定化(特に重要)：
ラジカル・カチオン・アニオン(2) 置換ベンゼンの酸化(3) 置換ベンゼンの還元：
・水素化分解と Birch 還元
・保護基としての利用(4) フェノールの性質と命名(5) フェノールの酸性度：置換基効果

22章：はじめに解熱鎮痛薬
CO2H

CO2H

イブプロフェンOHNOOOH

アスピリン(p1340)アセトアミノフェン

ベンゼン環に結合したアルキル基、ヒドロキシ基、アミノ基の反応性に、ベンゼン環がどのような影響を及ぼすかを学ぶ
参考 (対比して理解する）
・ベンゼンの芳香族性：15章
・芳香族求電子置換反応：16章

22-1：ベンジル型共鳴による安定化 p1310
復習：アリル系共鳴による安定化(14章-1, p751-761)
O

H H

N Br

アリル位

H H

O(NBS) , ROOR

反応点は2箇所Br
28%

H3C (CH3)4+H3C (CH3)4Br 72%

H3C (CH3)4H 引き抜きH
H3C (CH3)4BrBr

H3C (CH3)4共鳴安定化されたラジカル22-1：ベンジル型共鳴による安定化 p1310
復習：アリル系共鳴による安定化(14章-1, p751-761)
OH H

N Br

アリル位

H H

O(NBS) , ROOR

反応点は2箇所
Br+H3C (CH3)4
H3C (CH3)4

類比本章
ベンジル基HH

ベンジル位

28%

H3C (CH3)4

Br 72%

重要：・ベンジル型共鳴で隣接するラジカル、カチオン、アニオンを安定化
・反応点はベンジル位のみ1箇所

復習：ベンゼンの臭素化 15章-9
ベンゼンはLewis酸を加えないかぎり、塩素や臭素とは反応しない (p925)
BrFeBr3

Br Br

Br Br

反応しない– HBr

臭素分子は芳香族性を壊すほど求電子性が高くない臭素の活性化(=求電子性の向上)が必要

22-1：メチルベンゼンのハロゲン化 p1311
メチルベンゼンの塩素化と臭素化は、触媒がなくても熱または光によりベンジル位で進行する→芳香環よりもメチル基の方が反応性高い
CH2H

熱：

CH2Br+Br2CH3

光：

Δ+CH2Cl

HBr

CHCl2CCl3

Cl2, hνCl2, hν

Cl2, hν– HCl– HCl– HCl

段階的塩素化22-1：メチルベンゼンのハロゲン化 p1311
CH2H

CH2Br

Br2
Δ or hν

臭素化：+あるいは

HBr

NBS, ROOR

反応機構：ラジカル中間体を経る(アリル位臭素化と類似)
1) 開始反応X

Δ or hν

X

2× X

CH2 H

2) 伝搬段階CH2CH2X
X

X

X+ X

– HX

安定なベンジルラジカル

3) 停止段階

X+X

X

X

ハロゲンラジカルを生成し(14章-2)、連鎖反応を引き起こす22-1：ベンジルラジカルの安定化 p1312￨率童､皇…鰻…催ァ』嶬｣…、,ゞ』̲,…ｱﾆ

重要：ベンジル位での反応は、ベンジル型共鳴による
1312

反応位置

(A)CH2CH2(Aノδ

CH2(c)

δCH(B)CH2ＨＨ(C)δδ

フェニルメチルラジカルのベンゼン部分の刀電子系は隣接するラジカル中心と共鳴ラジカルの非局在化による共鳴安定化(A)共鳴構造(8)点線による表記，あるいは(C)軌道により表現

図22−1する．非局在化の広がりは,できる．

参考：結合解離エネルギーの比較

H
練習問題

⑳

次の化合物の構造式を書き
CHBr.,の存在下で加熱したときに，

87 kcal/mol

ラジカル的なハロゲン化

93 kcal/mol

Cが最も起こりやすいと思われる位置を示せ次にその臭素化の条件下において，性の高い順に化合物を並べよ(a)エチルベンゼン.

（ヒント ：共鳴効果が超共役より優先する）(b) メチルベンゼン.

ンゼン, (d) (フェニルメチル)ベンゼン
ベンジル位C‒H結合(c) ("""s‑3−フェニル1プロペニル)ベ

第三級C‒H結合(e) シクロヘキシルベンゼン

ベンジル型カチオンは正電荷を非局在化する反応

22-1：アルキルベンゼンのハロゲン化のまとめ
BrBr2ラジカル条件

Δ or hνBr2イオン条件+FeBr3Br

Br

主生成物

注意：反応条件によって生成物が異なる

22-1：ベンジル位の求核置換反応 p1312
ベンジル位の求核置換反応(SN反応)は非常に起こりやすい
例：

O
MeO

Me +CH2O S

SN1CH3CH2OHO

Me = CH3

OTs：良い脱離基O
MeO

CH2OCH2CH3+HOS

MeO

中間体カチオン

MeO

注意：第一級カチオンは生成しにくいが(7章-5)、例外的にベンジル位はカチオンを生じやすい

炭素の反応性：ベンジル型共鳴による安定化

在化することに｜Ⅷン)の脱離によ

22-1：ベンジル位の求核置換反応 p1312

換反応の機構／ 、Aもパラ位に電子供与基(メトキシ基)があるとS
N1機構を経由反応機構：

8電子構造

L中30+ 一辻CH30:
中‑心CH2Cl 2CH

Mechanism

EtOH

–LOMe

O＋

反応位置

CH]CH20H>生成物

OMe

OMe

OMe

OMe

生成物

OMe

CH30：

ベンジル型カチオンは、共鳴による正電荷の非局在化で安定子構造

ば,側22−2に，解析の結果を示しているだけで完全な単結合いずれも非局

1十 ベンジルカチオンのX線構造：
・平面三方形でカチオン性をベンゼン環に非局在化
・1.41Åは単結合と二重結合の中間の値

H11H

40A
1 .48A

1 .43A

1.37A

但 22−2第三級ベンジル型
図カチオンの構造．

−クロロエチル）

HCl]解答22-1：ベンジル位の求核置換反応 p1313
パラ位に電子供与基がないとSN2機構を経由荷がさらに安定はおもにSN2反化ベンジル)や対SN2Br2置換反応を起+核剤が存在するCN+ BrCN14‑3節参照)、

は，￨鑪篝"ﾝ……感隣接する1314
混成炭素に比べ参照)

二つ目て安定化されて81%

第一級ブロモアルカンのSN2反応より100倍速い
アルキルベンゼン，フェノルおよびアニリン

・SN2 機構の理由：
1) 隣の炭素がsp2 混成であり求電子性が向上、｡ 電シ←"雲○製また立体障害も少ない[(bromomethyl)benzene](phenylethanenitri le)2) 遷移状態の安定化(ベンゼン環のπ電子との重なり)
信眺6約（ﾌ添雁品t歸川』ﾙ）・SN1 機構ではない理由：カチオン安定化が低下
H）＋(ブロモメチル)ベンゼン

B1.‑

81%

フェニルエタンニトリル（単純な第一級ブロモアルカンのSN2反応より約100倍速い）

士

X ，SN2反応の遷移状態：

ＨＨ←活性化エネルギーの低下

Nllo

図22−3ベンゼン部分の汀電子系はベンジル位におけるSN2反応の遷移状態の軌道と重なりを生じる(上巻；図6−5参照) ． その結果として遷移状態が安定化され， （ハロメ
フェニルメチル(ベンジル）チル)ベンゼンのSN2反応の活性化エネルギー障壁を下げる．

相対的安定性のまとめ
ラジカルの相対的安定性

≈R>
アリル
ラジカル

ベンジルラジカル

R>

RR

R
H>

R

H
H

第三級ラジカル

第二級ラジカル

第一級ラジカル

R

R

R

カルボカチオンの相対的安定性

≈≈
アリル
カチオン

ベンジル
カチオン

R>

R

第三級
カチオン

R
H

>

H
H

第一級
カチオン

第二級カチオン

カルボアニオンの相対的安定性

第三級
アニオン

>

RR

R
H

R>

R

H
H

第一級
アニオン

第二級
アニオン

>

R

ベンジルアニオン

22-1：ベンジル位のアニオン p1314
重要：ベンジル型アニオンの共鳴安定化のため、ベンジル位水素の酸性度は比較的高い
CH3CH2+ H+pKa ≈ 41

ラジカル、カチオンと同様の共鳴安定化

ベンジル位の脱プロトン化

ブタン

CH3pKa ≈ 49

CH2Li
Me2N+

Li(n-BuLi)

NMe2+

THF, Δより安定なアニオンH22-2：ベンジル位の酸化と還元 p1316
芳香族性を壊すベンゼン環の酸化還元反応は非常に起こりにくいH2 (136 atm), Pt

具体例：EtOH
100%

過酷な条件が必要(15章-2)

ベンジル位の酸化還元反応は比較的起こりやすい=ベンゼン環外(環上)のアルキル基の酸化・還元は可能
R22-2：ベンジル位の酸化と還元 p1316
ベンジル位の酸化・還元反応は比較的起こりやすい
1. 酸化反応

COOH

1) KMnO4, HO–, Δ
2) H3O+

HOOC
80%

酸化酸化
HOO
HOHO
酸化

生成物

酸化COOH

酸化

第三級アルキルベンゼン

・熱KMnO4やNa2Cr2O7 反応剤は、アルキル基をカルボン酸へ酸化(注意：第三級アルキルベンゼンは酸化できない）
・この反応はアルコールを経て段階的に進行22-2：二酸化マンガンによる選択的酸化 p1317
復習：アリルアルコールの選択的酸化 (p1021)
OHOH

HO

HO
MnO2HOO

62%

アリル位：二重結合のとなり

類比
ベンジルアルコールの選択的酸化OH

O

MeO

OH

MeO

MnO2

MeO

OH

MeO

94%

22-2：ベンジルエーテルの水素化分解(還元) p1317
2. 還元反応

ベンジルエーテルの開裂反応

H H
C

OR

H2Pd-C

CH2H+

このσ結合が開裂

HOR

水素化分解
(中性条件)

応用

重要：ベンジルエーテルはヒドロキシ基の保護基として利用される
Br

R O
R O H

NaH

H2Pd-C

保護

脱保護

Williamson エーテル合成法(p447)

R O H

保護基の特徴：着脱容易、酸性・塩基性および酸化条件に安定
他のエーテル結合(C‒O 結合)は開裂しない1318＝〆皇……感惰ァ峠…"ゞｪ…二,ゞ22-2：保護基としてのベンジルエーテル：実例 p1318
複雑な合成におけるフェニルメチル基による保護HO

OHの保護

CH，lRO

NaH､THF

CH

CH計COOH．

2(。HCHBr

OHの保護(上巻；9−6節参照）

0可夕

1、・●臺
一Ｈo ノ呈臺
Ｈ

RO

CH，

CH､CH

P(CbH5)3，DMSO(17‑12節参照）

0H

3.酸化(ケトンが生成する）

ヒドロホウ素化酸化*！

（上巻: 128節参照）(、 HCH，三ROW

2.H+、H1OHO

CH3Hぅ,Pd−C，CH,(上巻；8−7節参照）

、

H

CCH,

CHにH勺OH

CH3

水素化分解による、ORの脱保護

H

実際の論文では特別な反応剤が用いられているが・ 原理的に0H, 3. CrO3という反応でも十分だったである
うCCH,
OHOH

98％

は． 2． H202.

99％

Fお鵠謁性体）（CHにHﾜ)？0〔yOCH，H

酸化(上巻；85節参照）

94％

1.CH3Li,*l

脱保護(17‑8節参照）

RO

2.酸化(アルコールが生成する）

H

93％＞

CH､CH)

1．BH3､THF

CH1J一Wittig反応

カルボニル基の80％

(RRO

H20

しｑ︲ ︑／
仏一／98％：OHの保護が必要な変換最終段階におけるフェニルメチルエーテルの水素化分解は中性条件下で起こるので第三級アルコール官能基はそのまま変化しない第三級ブチルエーテルは，そのCO結合を開裂するには強い酸を必要とし(上巻； 9−8節参照) ．酸によって第三級アルコール部分の脱水が起こりそうなので(上巻；92節参照)．保護基

22-2：ベンゼンの1電子還元 (Birch 還元) p1319
としてこれを用いることは不適切な選択だろう．

ベンゼンの1電子還元： 1，4−シクロヘキサジエンの合成

3 × Hベンゼンの触媒的水素化は困難で，特別な触媒と高圧を必要とする水素化が2 (25気圧)

復習

ベンゼンは超安定 (p898)

起こると．三つの二重結合のすべてが還元されるまで止めることはできない(15‑Pt or Ni
2節参照) ． しかし、
250 °C

液体アンモニア中のナトリウムによる還元でアルキンをトランスアルケンに変換できるように(上巻; 13‑6節参照) .

*21995),ベンゼンはアルケンよりも接触水素化が困難

ArthurJ. BirCh(1915

オーストラリア，

件を用いればベンゼンを選択的に還元できるつまりオースl電子還元の反応条

液体アンモニアとエタノールの混合物にベンゼンを溶解しアルカリ金属と反応させると.

サジエンができる

1.4シクロヘキ

この反応はBirch*2還元(BirChreduction)とよばれる．

重要：1電子還元を用いれば、ベンゼンを選択的に還元できる
トラリア国立大学教授．

●

鍋●●ReaCtionH

ベンゼンのBirch還元
H

Nm.液体NH,．

Na / NH3 (liq.)
CH3CH2OH–33 °C

バーチ(H3CHzOII,‑33oC＞

H、Birch 還元、H

1 ．4−シクロヘキサジエン

H

アルキンの1電子還元(p720)

Na / NH3 (liq.)e

ベンゼンは溶解したアルカリ金属による還元に対して反応性が高い

22-2：Birch 還元の反応機構 p1319
Na / NH3 (liq.)e

片矢印(1電子移動)

段階1：1電子移動+ e

共鳴安定化されたラジカルアニオン

段階2：プロトン化+

H OCH2CH3– EtO–
H

片矢印(1電子移動)

段階3：1電子移動H

共鳴安定化されたラジカル

H+ eH

H

H

共鳴安定化されたアニオン

速度論支配のプロトン化

段階4：プロトン化+H

H

H OCH2CH3– EtO–

H

H

H

H

22-2：Birch 還元の位置選択性 p1320
位置選択性は置換基が支配：中間体ラジカルアニオンの安定性に起因
RR H

sp3O

CO2MeOMe

orH
H
OOMe

MeO2C H
EtOH; ee

電子求引基

電子求引基：アニオン安定化

OMe

電子供与基

sp2H

Na / NH3 (liq.)
CH3CH2OH–33 °C

ROMe

H

置換基は飽和炭素に結合

OMe

OMe
EtOH; eeOMe
H

H

二重結合は多置換の方が安定

置換基は不飽和炭素に結合

電子供与基：
アニオン不安定化

22-3：フェノールの性質 p1321
OOH

復習(18章-2)：
通常のカルボニル化合物はケト形が安定

H
K = 10–9

ケト形

エノール形

フェノール：ヒドロキシ基が置換したアレーン
OHOOHOHOHH

19−1

カルボン酸の命名’ 1”

りも命名における優先順位が高い．

最も一般的な官能基の｢優先順位｣を下に示すこの優先順位が論理的なものでOH
フェノール：安定OHはないのは残念だが， それぞれの官能基に結合していたり， その部分構造になっていたりする炭素の酸化段￨偕とおおまかに相関している．二つ以上の官能基をもつ分子について，優先順位が最も高い官能基を接尾語とし，べて接頭語とする．

その他の官能基はす

たとえば, HOCH,CHCOCH,CHOという，アルコール．

ケ

ヒドロキシ基の孤立電子対がベンゼン環のπ電子(p軌道)と重なりこの分子の場合は，最初の二つの官能基(それぞれヒドロキシー，オキソ ）を接頭語とし，分子中で非局在化するので安定＝芳香属性を保つためエノール形が優先
トン， およびアルデヒド官能基を含む分子を考えてみよう．

優先順位の最も高い官能基を接尾語一アール( al)で示すすなわち，物は5−ヒドロキシー3−オキソペンタナールとなる．

ンは例外である．

ただし，この化合アルケンとアルキアルケンとアルキンの優先順位はアミンの下に位置するが，炭素一炭素二重結合または三重結合が分子の主鎖や環の一部の場合，優先順位が最[ en(e) ]またはインー[‑yn(e)‑]22-3：フェノールの命名
p1324

も高い官能基の接尾語のすぐ前に一エンを入れる．以下に例示するカルボン酸の名称は，この原則にしたがっている．

命名の優先順位(p1133)命名における官能基の優先順位
OOO

lCRl OH

RCOCR

カルボン酸酸無水物

OO

ll＞

llOl

RCOR｜

>RCX>RCNR$

エステル

ハロゲン化
アシル

4

アミド

フェノール

OO｜｜

>RCN>RCH>RCR'

ニトリルアルデヒド>ROH>RSH>RNH2

ケトン

アルコールチオール

アミン

命名における優先順位が高くなる

IUPAC命名法ではカルボン酸の名称は対応するアルカン(alkane)の名称の2つ以上の官能基をもつ分子：了訳者注;日本語の命名法では．
最後の−eをoicacidで置き換えてつけられるT. アルカン酸(alkanoicacid)の優先順位が最も高い官能基を接尾語、その他の官能基全てを接頭語にする
カルボン酸に対応するアルカンの主鎖は．

カルボキシ炭素に番号lをつけ，そのCO.,H基を含む最も長い鎖に沿ってすべての置換基に番号をつけながら主鎖の各原子に位置番号をつける．

例：OHBr

H3､§H,CC

名前のうしろに｢酸｣をつける．

例:CHICH,,COOH:プロパン酸．

CH,
優先順位：カルボン酸＞アルコール

L

̲OH、汀

3-hydroxybenzoic
一 acid（3-ヒドロキシ安息香酸）

2

COOH 1 COOH CH､=CHCOOH

優先順位：アルコール＞アミン

HO 1
234-aminophenol（4-アミノフェノール）4 NH
2(R)‑2‑ブロモプロパン酸[(R)‑2‑bromopropanoicacid]

フロペン酸
ロ(propenoicacid)(2R,3S)‑ジメチルペンタン酸[(2R,3S)‑dimethylpentanoicacid]22-3：フェノールの酸性度 p1325
重要：フェノールは特別に酸性度が高いOHOOOO

H +フェノキシドイオン

pKa ≈10

アルコール

カルボン酸

共役塩基の負電荷が非局在するため安定(ベンジル型アニオンの非局在化に類似)

MeO

H

H +MeOpKa ≈ 16OMe

アルコキシドイオンには上記共鳴安定化がない

OO

H

pKa ≈ 4.8

H +MeOOMeO

負電荷を非局在化できる電気陰性の大きな酸素原子を2つもつのでフェノキシドよりも安定

22-3：酸性度に及ぼす置換基の効果 p1325
O

電子求引基(EWG)は負電荷を分散してフェノキシドイオン(共役塩基)を安定化し、酸性度を高める。

O

電子供与基(EDG)はフェノキシドイオンを不安定化し、酸性度を低下させる。

EWG

EDG

カルボン酸の酸性度(p1143)と同じ考え方

22-3：酸性度に及ぼす置換基の効果 p1325
例：より酸性になる
O

電子供与基

HOHOMe

H

電子求引基

NO2

pKa = 10.2pKa = 10.0

B

pKa = 7.15

BO

最も不安定OB
OO

OMe

最も安定NO2共役塩基がより安定になる

練習問題
次の各組の化合物を、酸性度が増大する順に並べよ。
H H
CH3(a)H

NO2(b)
O2N

(c)

OH

OH
NO2O2N

OH
O2N

OH

OH
H 3C

NO2OH
F3C