N-ブロモスクシンイミド

N-ブロモスクシンイミド（NBS）について

N-ブロモスクシンイミド（NBS）は、有機化学において非常に重要な化学物質であり、ラジカル置換反応や求電子付加反応で使われます。この物質は、効率的な臭素源として広く重宝されています。NBSは、アセトン、THF（テトラヒドロフラン）、DMF（ジメチルホルムアミド）、DMSO（ジメチルスルホキシド）、およびアセトニトリルなどの溶媒に溶けやすい性質を持っていますが、水や酢酸にはあまり溶けません。また、ジエチルエーテル、ヘキサン、四塩化炭素には溶解しない点も重要です。

NBSの主な反応

アルケンの臭素化

NBSは水中でアルケンと反応し、ブロモヒドリンを生成します。この反応をより効率的に行うためには、DMSO、DME（ジメトキシエタン）、THF、またはtert-ブタノールといった溶媒を使った50%のアルケン水溶液を0℃に冷却し、NBSを少しずつ加える方法が推奨されます。この条件下では臭素イオンが生成され、その後水による迅速な攻撃が行われることで、マルコフニコフ則に従った反応が実現し、アンチ型の立体選択性が示されます。さらに副反応としてα-ブロモケトンやジブロモ体が生成されることがありますが、NBSを使用する直前に再結晶化することでこの副反応を最小限に抑えることが可能です。

アリル位およびベンジル位のブロモ化

アリル位やベンジル位のブロモ化に際しては、NBSを無水四塩化炭素に溶かし、ラジカル開始剤（例えば、アゾビスイソブチロニトリル（AIBN）や過酸化ベンゾイル（BPO））と共に加熱または光照射を行うことが基本的な条件です。この反応は、ウォール・チーグラー反応としても知られています。反応中に水が存在すると、目的の化合物が加水分解されるため、反応は無水状態で行うことが重要です。そのため、しばしば炭酸バリウムが添加されて水分を除去します。

カルボニル誘導体のブロモ化

NBSはまた、カルボニル誘導体のα位をブロモ化する際にも用いられています。この反応にはラジカル反応や酸触媒反応が利用され、例えば塩化ヘキサノイルのα位は酸触媒の存在下でNBSによってブロモ化されます。エノラートやエノールエーテル、エノールアセテートと反応させると、副生成物が少なく、高い収率が得られるため、α-ブロモ化反応として非常に好まれます。

芳香族誘導体のブロモ化

電子豊富な芳香族化合物、例えばフェノールやアニリン、様々な芳香族複素環式化合物は、NBSによって容易にブロモ化されます。特に、DMFを溶媒として使用すると高いパラ位選択性が得られ、二硫化炭素を溶媒とするとオルト位選択的な反応が実現します。

ホフマン転位

NBSは強塩基、例えばDBUの存在下で1級アミドと反応し、ホフマン転位を引き起こしてカルバメートを生成します。

アルコールの選択的酸化

NBSはあまり一般的ではありませんが、アルコールの酸化にも使用できます。イライアス・コーリーらの研究により、水とDMEの混合溶媒に溶解したNBSが、1級アルコールの共存下でも2級アルコールのみを選択的に酸化する能力が発見されました。

NBSの生成と取り扱い

NBSは、撹拌したスクシンイミドの氷冷溶液に水酸化ナトリウムを加えた後、臭素を加えることで生成されます。このNBSは沈殿として得られ、ろ過によって分離できます。また、NBSの精製は水からの再結晶によって行いますが、ウォール・チーグラー反応では未精製のNBSが良い収率をもたらすことがあります。

NBSは安全な臭素源ではありますが、その吸入は避けるようにしましょう。また、冷蔵庫での保管が推奨され、時間の経過と共に分解が進行し臭素が放出されます。純粋なNBSは白色ですが、臭素が発生することで通常は茶色味を帯びることがあります。NBSに関連する反応は発熱的であり、大量の反応を行う際には十分な注意が求められます。

まとめ

N-ブロモスクシンイミディは、様々な化学反応において重要な役割を果たす化学物質です。これにより、合成化学の分野での多角的な応用が期待されており、安全かつ効果的な化合物として注目されています。

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