ベックマン転位

ベックマン転位：ケトンからアミドへの変換反応

ベックマン転位は、ケトンから合成したオキシムを、対応するN-置換アミドへと転位させる有機化学反応です。1886年、エルンスト・オットー・ベックマンによって発見され、以来、有機合成化学において重要な役割を果たしています。特に、環状ケトンのオキシムからのラクタム合成は、工業的に重要な用途を有しています。

反応機構

ベックマン転位の反応機構は、以下のステップで進行すると考えられています。

1. 脱離: オキシムのヒドロキシ基がプロトン化され、脱離基として離脱します。
2. 転位: オキシムの炭素原子に結合するアルキル基（またはアリール基）のうち、ヒドロキシ基とantiの位置にある基が窒素原子へと転位します。この転位ステップが反応の駆動力となります。
3. 付加: 脱離したヒドロキシ基（または水）が転位生成物に付加し、イミド酸中間体を形成します。
4. 互変異性化: イミド酸中間体が互変異性化し、最終生成物であるN-置換アミドになります。

転位するアルキル基は、ヒドロキシ基に対してantiの位置にある基ですが、酸性条件下ではオキシムのsyn-anti異性化が容易に起こるため、より転位しやすい基が優先的に転位します。転位のしやすさは、アリール基＞アルケニル基＞第三級アルキル基＞第二級アルキル基＞第一級アルキル基の順です。

基質と反応条件

ベックマン転位は、様々なケトン誘導体に対して適用可能です。環状ケトンの場合は、環員数の大きいラクタムが得られます。例えば、シクロヘキサノンのオキシムからε-カプロラクタムが合成され、これはナイロン6の原料として工業的に重要なプロセスです。

反応を促進するために、濃硫酸、五塩化リン、塩化チオニル、ポリリン酸などの強酸性試薬が用いられます。これらの試薬は、オキシムのヒドロキシ基をより良い脱離基に変換する役割を果たします。酸に不安定な基質の場合、オキシムのヒドロキシ基を事前にスルホン酸エステルやトリフルオロ酢酸エステルに変換することで、より温和な条件で反応を進めることができます。

近年では、より温和な条件での反応を目指した研究も盛んに行われています。カルボニルジイミダゾールとハロゲン化アルキルを用いた中性条件での反応、触媒量の添加剤を用いる方法、塩化シアヌル、トリフルオロメタンスルホン酸と遷移金属触媒、固体酸触媒（モンモリロナイト、ゼオライトなど）を用いた方法などが報告されています。

アルデヒドのオキシムに対しては、通常、脱水反応によってニトリルが生成しますが、芳香族アルデヒドの場合、特定の条件下では芳香族カルボン酸アミドが得られることが知られています。

まとめ

ベックマン転位は、ケトン誘導体からアミドを合成する有用な反応であり、その反応機構、基質の範囲、反応条件の制御など、多くの研究がなされてきました。特に、ε-カプロラクタムの工業的合成において重要な役割を果たしており、今後もその発展が期待される反応です。 様々な改良法が開発され、温和な条件下での反応や、基質適用範囲の拡大などが実現しつつあります。今後も、触媒反応やグリーンケミストリーの観点からのさらなる研究開発が進むことが予想されます。

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