有機アルミニウム化合物

有機アルミニウム化合物：特徴、合成、反応

有機アルミニウム化合物は、炭素原子とアルミニウム原子が直接結合した有機金属化合物です。1950年代まではあまり知られていませんでしたが、カール・ツィーグラーらによるトリアルキルアルミニウムの合成法開発と、そのオレフィン類の重合への応用研究が発表されたことで、その重要性が広く認識されるようになりました。現在では、工業プロセスや有機合成化学において重要な役割を果たしています。

有機アルミニウム化合物の特徴

アルミニウム原子は電子不足であるため、通常は3を超える配位数を取りやすい性質があります。しかし、メシチル基のようにかさ高い置換基を持つ化合物では、例外的に配位数が3となる場合があります。

有機アルミニウム化合物の化学的性質は、炭素-アルミニウム結合の反応性と、単量体の強いルイス酸性によって理解できます。例えば、ジメチルアルミニウムは、配位性のない溶媒中ではアルミニウム原子同士がアルキル基で架橋した構造をとりますが、室温付近ではメチル基の交換反応が速いため、NMRスペクトルでは1つのシグナルしか観測されません。このメチル基の交換反応は、アルミニウム原子がオクテット則を満たしていないことによる強いルイス酸性の現れです。

有機アルミニウム化合物の合成法

実験室規模での合成

実験室レベルでは、トリアルキルアルミニウムは、メタセシス反応やトランスメタル化反応を用いて合成されます。

メタセシス反応: アルキルリチウムやグリニャール試薬をアルミニウムハライドと反応させることで、トリアルキルアルミニウムが得られます。例えば、三塩化アルミニウムとブチルリチウムの反応では、トリブチルアルミニウムと塩化リチウムが生成します。

トランスメタル化反応: ジフェニル水銀などの有機水銀化合物をアルミニウムと反応させることで、トリアルキルアルミニウムが合成できます。この反応では、トリフェニルアルミニウムと水銀が生成します。

工業規模での合成

工業的には、トリメチルアルミニウムやトリエチルアルミニウムなどの単純なトリアルキルアルミニウムは、直接合成法によって製造されます。この方法は、アルミニウムとアルキルハライドを直接反応させる方法で、複雑な反応経路を経て最終的にトリアルキルアルミニウムが得られます。この過程では、様々なアルミニウムアルキルハライド中間体が生成し、最終的に目的物であるトリアルキルアルミニウムが得られます。この方法は、大量生産に適した効率的な方法です。

有機アルミニウム化合物の反応

有機アルミニウム化合物は強いルイス酸であるため、ピリジン、テトラヒドロフラン、アミンなどのルイス塩基と容易に錯体を形成します。また、アルコールと反応してアルコキシドとアルカンを生成する反応も知られています。さらに、アルケンなどとのヒドロアルミ化反応も重要です。この反応は、アルケンにアルミニウム水素化物を付加して、アルキルアルミニウム化合物を生成する反応です。

工業的には、アルケンを重合させてポリオレフィン（ポリエチレンやポリプロピレンなど）を製造するチーグラー・ナッタ触媒として、有機アルミニウム化合物が広く用いられています。チーグラー・ナッタ触媒は、遷移金属化合物と有機アルミニウム化合物の組み合わせからなる触媒系で、アルケンの重合反応を効率的に進行させることができます。

まとめ

有機アルミニウム化合物は、その特異的な性質と高い反応性から、様々な分野で利用されています。今後も、その合成法や応用範囲の拡大が期待されています。

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