アルミニウムイソプロポキシド

アルミニウムイソプロポキシド

アルミニウムイソプロポキシド（aluminium isopropoxide）は、その化学式が Al(O-_i_-Pr)~3~（ここで、_i_-Pr はイソプロピル基 -CH(CH~3~)~2~ を示します）と表される、アルミニウムアルコキシドに分類される白色の固体化合物です。この物質は、様々な有機化合物を合成する際の重要な反応試薬や触媒として、化学産業や研究分野で広く用いられています。

分子構造

この化合物の実際の分子構造は非常に複雑であることが知られており、単一の構造ではなく、存在する環境や結晶化してからの時間経過によって変化する多形構造をとります。このような構造の複雑性は、水の混入などの不純物や結晶化後の時間によって融点が大きく変動するという性質にも現れています。

特によく研究されている構造の一つに、四量体である Al[(μ-O-_i_-Pr)~2~Al(O-_i_-Pr)~2~]~3~ が挙げられます。この構造は、核磁気共鳴（NMR）分光法やX線結晶構造解析によってその存在が確認されています。この四量体構造では、分子の中心に位置するアルミニウム原子が、形式上3つのテトラアルコキシドアラネート錯体「[Al(O-_i_-Pr)~4~]^-^」と配位することで、八面体に近い対称性（D~3~対称）を示しています。一方、固体状態ではなく、溶融状態から固化させた直後の構造は、NMR解析の結果から、環状の三量体を多く含むことが明らかになっています。

他のアルミニウムアルコキシドと比較すると、例えばアルミニウム _tert_-ブトキシドは、Al~2~(μ-O-_t_-Bu)~2~(O-_t_-Bu)~4~ のような二量体構造をとることが知られており、アルコキシドの種類によって異なる集合構造を形成することがわかります。

合成法

アルミニウムイソプロポキシドの合成法として最も一般的で広く用いられているのは、1936年にYoungらによって報告された手法です。この合成ルートでは、触媒として少量の塩化水銀（HgCl~2~）を用い、金属アルミニウムの薄片を溶媒であるイソプロパノール（_i_-PrOH）中で加熱することで反応させます。

この反応の過程では、まずアルミニウム表面でアマルガム（水銀との合金）が形成され、これが活性化されたアルミニウム種となります。反応をよりスムーズに開始させるために、ヨウ素（I~2~）が少量加えられることもあります。Youngらの報告によれば、この方法で合成された粗生成物を蒸留精製することで、85%から90%という比較的高い収率で目的のアルミニウムイソプロポキシドが得られるとされています。

主な反応と用途

アルミニウムイソプロポキシドは、その触媒活性を利用して様々な有機反応に適用されます。中でも特に有名なのは、以下の二つの反応です。

1. メールワイン・ポンドルフ・バーレー還元（MPV還元）：この反応では、アルミニウムイソプロポキシドを触媒として使用し、溶媒としてイソプロパノール自身を用いることが多いです。ケトンやアルデヒドといったカルボニル化合物を、対応する二級アルコールや一級アルコールへと穏やかな条件で選択的に還元することができます。
2. オッペナウアー酸化：これはMPV還元とは逆の反応です。アルミニウムイソプロポキシド触媒と、アセトンやシクロヘキサノンなどのケトンを水素受容体として用います。この条件下で二級アルコールを対応するケトンへと効率よく酸化することが可能です。

これらの反応は、医薬品や香料などの有機合成において、特定の官能基を変換するために不可欠な手法となっています。

また、アルミニウムアルコキシドは、アルコキシド基に由来する適度な塩基性を持っています。この性質を利用して、ラクトンやラクチドのような環状エステルを開環させ、高分子を合成する際の開始剤や触媒としても応用されています。

歴史的背景

アルミニウムイソプロポキシドが学術文献に初めて登場したのは、ハンス・メールワインとルドルフ・シュミットがメールワイン・ポンドルフ・バーレー還元に関する研究成果を報告した際のことでした。この重要な還元反応の触媒として、本化合物が用いられたことから、有機合成化学の歴史においてその存在が認識されることとなりました。

（参考文献は割愛）

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