位置選択性

位置選択性（Regioselectivity）

位置選択性とは、化学反応において特定の基質上の位置で反応が起こる性質です。基質には複数の反応位置が存在する場合があり、その中から特定の部分で反応が進行することが求められます。この選択性は、反応中間体や遷移状態の安定性の違いによって影響されます。

位置選択性を左右する要因

位置選択性の決定要因は多岐にわたります。立体的および電気的要因、非共有結合性相互作用、溶媒の影響、共鳴や超共役、電子軌道の形状や電子密度、さらに試薬の当量などが選択性に寄与します。これらの要素に基づいて、特定の位置でのみ反応が起こる反応を「位置選択的」と呼び、さらに高い選択性を持つものを「位置特異的」と分類します。

アンビデント求核剤

複数の反応点を持つ求核剤は「アンビデント求核剤」と呼ばれます。これらの求核剤が求電子剤と反応する際に特定の位置選択性が見られることがあります。例えば、シアネートイオン（NCO-）は炭素求電子剤と反応する際、特定の生成物であるイソシアネート（R-NCO）が生成されます。一方で、亜硝酸イオン（NO2-）やスルフィン酸イオン（R'SO2-）は、反応系や基質に応じて異なる反応位置で反応が進行することがあります。

試薬の当量による反応制御

アセチルアセチル化合物は、塩基を1当量加えると、内部メチレン部からプロトンが引き抜かれ、カルバニオンが生成されます。これが求電子剤と反応して生成物が得られます。しかし、2当量の強塩基を用いると、ジアニオンが形成され、異なる生成物が得られるという状況が見られます。これは試薬の当量による反応選択性の制御を示しています。

親電子的付加反応とマルコフニコフ則

アルケンにハロゲン化水素が付加する際、多くの水素が結合している炭素に水素が付加するというマルコフニコフ則が適用されます。この則はカルボカチオン中間体の安定性の違いからきています。逆に、カルボカチオン中間体を経ない反応においては、立体的要因によって逆の選択性が示されることもあります。

求核的付加反応

α,β-不飽和ケトンに求核剤が付加する際は、求核剤の性質に基づいて1,2-付加と1,4-付加に選択性が現れます。有機リチウム化合物などの硬い求核剤は1,2-付加生成物を生成し、ギルマン試薬などの軟らかい求核剤は1,4-付加生成物を与えます。この1,4-付加はマイケル反応とも称されます。

芳香族置換反応

芳香族求電子置換反応においては、置換基の電気的特性により反応位置が異なります。電子供与基が存在する場合、オルト位やパラ位での置換が行われますが、電子求引基であればメタ位での置換が選択されます。これは芳香環内の電子密度が置換基の性質によって変化するためです。この反応はオルト-パラ配向性やメタ配向性と呼ばれ、さらに立体障害の影響も受けます。

ペリ環状反応

ペリ環状反応、たとえばディールス・アルダー反応では、遷移状態の安定性が位置選択性に寄与します。これは、基質の官能基がどのように付加するかという位置選択性がHOMOとLUMOの重なり具合に依存するためです。

参考文献

Smith, M. B.; March, J. March's Advanced Organic Chemistry 5th ed., WILEY, 2001.

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