ギルマン試薬

ギルマン試薬：有機合成化学における有用な有機金属試薬

ギルマン試薬は、ヘンリー・ギルマンによって発見された有機金属化合物であり、有機合成化学において広く用いられる重要な試薬です。一般式R₂CuLiで表され、銅のアート錯体（クプラート）の一種として知られています。その高い反応性と選択性から、多様な有機合成反応に利用されています。

ギルマン試薬の合成

ギルマン試薬の合成は、二段階の反応からなります。まず、ハロゲン化アルキル(RX)と金属[リチウム]を反応させてアルキル[リチウム]を生成します。この反応はアルカン溶媒中で行われます。

式1: R-X + 2Li → RLi + LiX (X = Cl, Br, I)

次に、生成したアルキル[リチウム]]と[[ヨウ化銅(I)]をエーテル溶媒中で反応させることで、ギルマン試薬が得られます。

式2: 2RLi + CuI → R₂CuLi + LiI

ギルマン試薬は熱的に不安定であるため、通常は系中で発生させ、直ちに次の反応に使用します。保存は困難です。

ギルマン試薬の反応性と用途

ギルマン試薬は、さまざまな反応に用いられる多様な反応性を示します。特に、求核剤として働くことが知られており、HSAB則に基づいて「軟らかい」求核剤として分類されます。

1. カップリング反応

ギルマン試薬は、ハロゲン化アルキルやハロゲン化アリールとカップリング反応を起こし、炭素-炭素結合を形成します。この反応はエーテル溶媒中で進行します。

式3: R'-X + R₂CuLi → R-R' + R-Cu + LiX (X = Cl, Br, I)

この反応では、ギルマン試薬中の二つのR基のうち、一つだけが反応に関与します。そのため、R基が入手困難な場合や、反応性を制御したい場合は、Rの一つを別の基(R'')で置き換え、RR''CuLiを用いる方法も用いられます。

2. マイケル付加反応

ギルマン試薬は、α,β-不飽和カルボニル化合物と1,4-付加反応（マイケル付加）を起こします。これは、ギルマン試薬の高い求核性による重要な反応です。

3. その他の反応

ギルマン試薬は、1級ハロゲン化アルキルと反応してクロスカップリング生成物を与えたり、カルボン酸ハロゲン化物と反応してケトンを生成したりします。

Higher Order Cuprate

ギルマン試薬にさらにシアン化リチウムなどのリガンドが付加した、R₂Cu(CN)Li₂などの錯体は、「Higher order cuprate」と呼ばれます。これらは、通常のギルマン試薬よりも高い反応性を示すことが知られていますが、その詳細な構造や反応機構については、現在も研究が続けられています。特に、シアン化物イオンが銅とどのように結合しているかについては、議論が続いています。

まとめ

ギルマン試薬は、その高い反応性と選択性から、有機合成化学において非常に有用な試薬です。様々な反応に適用可能であり、複雑な有機分子の合成において重要な役割を果たしています。今後も、ギルマン試薬の反応性に関する研究は、新たな有機合成反応の開発に繋がることが期待されます。

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