ウィッティヒ反応

ウィッティヒ反応

ウィッティヒ反応は、有機合成化学において非常に重要な反応であり、リンイリドと呼ばれるウィッティヒ試薬をカルボニル化合物と反応させることでアルケンを生成します。この反応は1954年にドイツの化学者ゲオルク・ウィッティヒによって発表され、ウィッティヒには後に1979年のノーベル化学賞が授与されました。

ウィッティヒ試薬とは？

ウィッティヒ試薬は、トリフェニルホスフィンがハロゲン化アルキルと反応することで生成されるホスホニウム塩を、塩基によって処理し、脱ハロゲン化水素を行うことによって得られます。その際の構造は、ホスホニウムイオンとホスホランの共鳴形式で表現されます。ウィッティヒ試薬の特性には、負電荷を持つ炭素原子の置換基の性質によって反応性が大きく変わるという特徴があります。

ウィッティヒ試薬は、その安定性に基づいて以下の3つのカテゴリに分かれます。

• - 不安定イリド: 水素やアルキル基、アルケニル基を含むもの。
• - 準安定イリド: アルコキシ基やフェニル基を含むもの。
• - 安定イリド: カルボニル基やシアノ基を含むもの。

不安定イリドは反応時に迅速に反応を行い、安定イリドはそのまま単離して保存が可能です。それぞれのイリドによって反応条件や生成物の特性が大きく異なります。

反応機構

古典的には、ウィッティヒ試薬の炭素原子がカルボニル炭素に対して求核的に付加し、双性イオン中間体が生成されると考えられていました。しかし、後の研究でこの中間体の存在が確認されていないため、現在の主流な理解は、ウィッティヒ試薬の炭素からカルボニル基への攻撃、ならびにカルボニル基の酸素からリンへの攻撃が同時に進行し、四員環のオキサホスフェタン中間体が出来るというものであります。このオキサホスフェタンからは、ホスフィンオキシドが脱離し、最終的にアルケンが生成されます。

選択性

ウィッティヒ反応において、生成されるアルケンの「E-Z」選択性は、使用されるイリドの安定性によって異なります。通常、安定イリドからはE体のアルケンが生成され、不安定イリドの場合はZ体が主に生成される傾向があります。

この選択性の理由は、反応の過程や中間体の安定性に起因しています。不安定イリドは迅速に反応が進むため、生成物の構造が遷移状態のエネルギー的な安定性に大きく依存します。一方、安定イリドは付加後の反応が可逆的であり、熱力学的により安定な生成物が得られやすくなります。これにより、E体の生成が主流となります。

salt-free条件

不安定イリドの生成において、特定の塩基を使用すると、反応の選択性が低下することがあります。この問題を回避するために、ナトリウムヘキサメチルジシラジドなどの特別な塩基を使用する「salt-free条件」が採用されます。この条件下では、平衡が損なわれるため、より望ましい生成物が得られやすくなります。

変法と関連反応

ウィッティヒ反応に関しては、触媒的wittig反応やaza-wittig反応など、様々な変法が提案されています。例えば、触媒的wittig反応では、副生するホスフィンオキシドの生成を抑制することができます。また、関連するホーナー-ワズワース-エモンズ反応やPetersonオレフィン化、ジュリア-リスゴーオレフィン合成など、他の反応とも関連しており、さまざまなアルケン合成の手法に利用されています。

このように、ウィッティヒ反応は有機合成化学において極めて重要な役割を果たしており、その理解と応用が様々な研究分野で進められています。

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