ハロゲン化アルキル

ハロゲン化アルキル：有機合成の鍵となる化合物

ハロゲン化アルキルは、一般式R-X（Rはアルキル基、Xはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子）で表される有機化合物です。アルカンが持つ水素原子の一つがハロゲン原子に置き換わることで生成します。有機合成において、アルキル基を導入するための重要な試剤として広く利用されています。ハロアルキルと呼ばれる場合もありますが、これはアルカンの水素原子が2個以上ハロゲン原子に置換された化合物も含む、より広い範囲を指す名称です。例えば、メタン(CH4)から、CH3F、CH2F2、CHF3、CF4など、様々なハロアルカンが合成できます。

ハロゲン化アルキルは、ハロゲン原子が結合する炭素原子の種類によって分類されます。α位とはハロゲン原子と直接結合する炭素原子の位置、β位はα位に隣接する炭素原子の位置を示します。α位に結合するアルキル基の数によって、一級、二級、三級ハロゲン化アルキルと分類され、それぞれの反応性が異なります。また、ハロゲン原子の種類によっても、フッ化アルキル、塩化アルキル、臭化アルキル、ヨウ化アルキルと分類されます。

ハロゲン化アルキルの合成法

ハロゲン化アルキルは、いくつかの方法で合成できます。主な合成法を以下に示します。

1. アルコールからの合成:

最も一般的な合成法は、[アルコール]]の[[ヒドロキシ基]をハロゲン原子(-X)に置き換える方法です。使用する試薬はハロゲン原子によって異なります。

フッ化アルキル: 三フッ化N,N-ジエチルアミノ硫黄(DAST)など
塩化アルキル: [塩化チオニル]、[塩化スルフリル]、[三塩化リン]、[五塩化リン]、リン酸トリクロリド(POCl3)、塩化オキサリル((CO)2Cl2)など
臭化アルキル: [三臭化リン]、[五臭化リン]、[臭化水素]など
ヨウ化アルキル: [ヨウ化水素]など

アッペル反応も、アルコールをハロゲン化アルキルに変換する手法として用いられます。

2. アルケンからの合成:

アルケンにハロゲン化水素(HX)やハロゲン分子(X2)などの求電子剤を作用させると、求電子的付加反応によってハロゲン化アルキルが生成します。

3. ハロゲン化物イオンの使用 (フィンケルシュタイン反応):

既存のハロゲン化アルキルに別のハロゲン化物イオンを作用させると、求核置換反応によりハロゲン交換が起こります。これはフィンケルシュタイン反応として知られています。フッ化物イオンは脱離反応を併発しやすい為、あまり使用されません。

4. ラジカル反応:

N-ブロモスクシン[イミド]を用いるウォール・チーグラー反応など、ラジカル的にハロゲン原子を導入する手法も存在します。アリル位やベンジル位の臭素化など、位置選択性に特徴があります。

5. その他:

カルボン酸の銀塩に臭素を作用させて臭化アルキルに変えるハンスディーカー反応なども知られています。

ハロゲン化アルキルの反応

ハロゲン化アルキルは、多様な反応性を持ち、様々な化合物の合成原料として利用されます。主な反応を以下に示します。

求核置換反応: 求核試薬と反応し、ハロゲン原子が置換されます。
脱離反応: β位に水素を持つハロゲン化アルキルは、塩基によって脱離反応を起こし、アルケンを生成します。
グリニャール試薬の生成: 金属マグネシウムと反応してグリニャール試薬を生成し、炭素-炭素結合形成反応などに用いられます。
アルキル化剤: カルバニオン、シアン化物イオン、アルコール、アミン、ホスフィンなど様々な化合物と反応し、アルキル化を起こします。

ウルツ・フィッティッヒ反応、アセト酢酸エステル合成、ウィリアムソン合成、ガブリエル合成など、多くの有機合成反応において重要な役割を果たします。また、ダルツェン反応、ファヴォルスキー転位、アルブーゾフ反応など、ハロゲン化アルキルを基質とする人名反応も数多く知られています。

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