ホルミル化

ホルミル化とは、有機化学において、分子内の水素原子またはハロゲン原子をホルミル基（-CHO、アルデヒド基）に変換する反応の総称です。アルデヒドを合成する一般的な方法として、アルコールの酸化やカルボン酸の還元も挙げられますが、これらは通常、ホルミル化とは呼ばれません。

求電子剤を用いるホルミル化

19世紀から知られている芳香族求電子置換反応は、電子供与基を持つ芳香環の水素をホルミル基に置き換える手法です。この反応では、求電子的な活性種が芳香環に作用し、その後加水分解することでベンズアルデヒド誘導体が得られます。

ガッターマン・コッホ反応

この反応では、一酸化炭素、塩化[[水素]]、ルイス酸を組み合わせて活性種を生成します。この活性種が芳香環と反応し、ホルミル化が進行します。

ガッターマン反応

ガッターマン反応は、シアン化水素（またはシアン化亜鉛）、塩化[[水素]]、ルイス酸を反応させて活性種を生成します。この活性種が芳香環を攻撃することで、ホルミル基が導入されます。

ビルスマイヤー・ハック反応

この反応では、ホルムアミド誘導体に三塩化リンなどの求電子剤を反応させて、活性なイミドイルクロリドを生成します。これが芳香環を攻撃し、ホルミル化が完了します。

ダフ反応 (Duff reaction)

ダフ反応は、ヘキサメチレンテトラミン (HMT) を酸で活性化させ、フェノールをホルミル化する反応です。HMTを用いるアルデヒド合成としては、他にサムレット反応 (Sommelet reaction) も知られています。


ArCH2Cl + HMT + heat → ArCHO


ライマー・チーマン反応

ライマー・チーマン反応では、クロロホルムと塩基から発生するジクロロカルベン (:CCl2) が活性種として働きます。このカルベンがフェノールと反応し、サリチルアルデヒドなどのオルト位にホルミル基が導入された生成物が得られます。

フリーデル・クラフツ反応

ジクロロメチルメチルエーテルを基質としたフリーデル・クラフツ反応を行うと、芳香環にホルミル基が導入されます。これは、フリーデル・クラフツ反応を利用したホルミル化の一例です。


ArH + Cl2CHOCH3 + AlCl3 → ArCHO

有機リチウムを中間体とするホルミル化

芳香環のリチオ化によってアリールリチウムを生成させ、その後、N,N-ジメチルホルム[[アミド]] (DMF) で捕捉することで、アリールアルデヒドに変換できます。アリールリチウムは、ブチルリチウムなどを用いた金属ハロゲン交換やオルトリチオ化によって生成できるため、電子供与基を持たない芳香環をホルミル化する一般的な手法として広く用いられています。


Ar-Li + OHC-N(CH3)2 → Ar-CHO

遷移金属触媒を用いるホルミル化

アルケンに一酸化炭素と水素を加え、コバルトやロジウムなどの適切な触媒を作用させるとアルデヒドが得られます。この反応はヒドロホルミル化（オキソ法）と呼ばれ、工業的に広く利用されています。


RCH=CHR' + CO + H2 + Co → RCH2-CHR'-CHO

またはRh触媒

RCH=CHR' + CO + H2 + Rh → RCH2-CHR'-CHO


同様に、ハロゲン化アリールに対してパラジウムなどの触媒、一酸化炭素、水素を反応させると、ベンズアルデヒド誘導体が得られます。


Ar-I + CO + H2 + Pd → Ar-CHO


これらの反応は、一酸化炭素が遷移金属への配位を好む性質を利用しており、触媒サイクルを通してホルミル化が進行します。

これらのホルミル化反応は、有機合成において非常に重要な役割を果たしており、複雑な分子の構築に不可欠なツールとなっています。様々な手法が存在することで、多様な構造のアルデヒドを合成することが可能になっています。

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