有機化学 問題

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①混成軌道

sp軌道→アセトニトリル

\(sp^2軌道\)→ベンゼン、酢酸、アセトン

カルボカチオンはsp2混成軌道を取る。空軌道が垂直に来るように。

➁ プロトン性溶媒

プロトン性溶媒 (プトロンせいようばい、英語: protic solvent)は、酸素ヒドロキシ基)や窒素アミン)等に結合した水素原子を含む溶媒である。一般に、不安定性を持つヒドロン(H+)を含む溶媒はプロトン性溶媒と呼ばれる。そのような溶媒の分子は、プロトン(H+)を容易に供与する。逆に、非プロトン性溶媒 (ひプトロンせいようばい、英語: aprotic solvent)はプロトンを供与することができない。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%88%E3%83%B3%E6%80%A7%E6%BA%B6%E5%AA%92

簡単に言えば、水素に結合している元素の電気陰性度が大きく水素の電子を奪い取ってプロトンにしやすそうな物質のこと?

③立体化学

④エポキシドの合成

http://xn--u8jvc1drbs0514cvfm43vv1giwx.net/synthesis-of-oxacyclopropane/

過酢酸のCOOOHはHに近いほうの酸素がC=Oに近いほうの酸素に電子を引っ張られて、求電子的になる。よって、電子が豊富な二重結合を攻撃してエポキシだできる。

アルケン+過酢酸(Oがたくさんの酢酸)→エポキシ

エポキシの開環

  • 酸触媒を使った場合(硫酸とか)→エポキシを開環するときは、立体障害を考えて障害が大きいほうにカルボカチオンができる。
  • 酸触媒なし(ナトリウムエトキシドとか)→エポキシを開環するときは、立体障害の少ないほうから反応
  • 反応後はエーテル基とヒドロキシ基ができる。

⑤Friedel-Craftsアルキル化反応

https://www.chem-station.com/odos/2009/06/friedel-crafts-friedel-crafts-1.html

ほかにも、アルケンと酸を使ってもベンゼン環に炭素を延長できる。

これはアルケンの二量化を同じ反応で進む。

http://xn--u8jvc1drbs0514cvfm43vv1giwx.net/alken-reaction-5/

フリーデルクラフツアルキル化の問題点はカルボカチオンを作る作成過程なので、カルボカチオンの転移の影響が考えられる。

⑥求核置換反応・求電子置換反応判別

https://studyinuniv.blogspot.com/2017/12/sn1-sn2-e1-e2.html

\(S_n1\)反応

https://rikei-jouhou.com/sn1/
https://rikei-jouhou.com/sn1/
https://rikei-jouhou.com/sn1/

上の3つの図がSN1反応の反応機構である。

脱離基が外れて求核剤が求核攻撃する手順が別々になっているのが特徴で、遷移状態が複数ある。

\(S_n2\)反応

https://j-tradition.com/jp/nucleophilic.html

上の図はSN2(二分子求核置換反応)反応の概要である。名前の通り、反応には二分子が登場して、もとにあった1分子の場所を次に現れた求核剤が奪い取るという反応である。

図を見ればわかるように、反応が進行すると立体配置が逆転するのも特徴の一つである。

E2反応

https://www.chem-station.com/odos/2011/01/-elimination-reaction.html

E2反応は、(2分脱離反応:bimolecular elimination)名の通り2分子が脱離して二重結合を作る反応である。

図のように、脱離基のアンチの位置にあるプロトンが塩基によって引き抜かれて反応が進行する。

https://rikei-jouhou.com/e1-e2/#E2-3

上の図を見てみると、tert-ブチル基とブロモ基の関係がtransの位置関係より、sisの位置関係の方が反応が早いことが分かる。これは、先ほど説明したようにE2反応の塩基は脱離基のアンチの位置の水素と反応するので脱離基のアンチの位置にtransの位置関係の場合、水素がなく環状炭素しかないためである。

⑦カルボカチオン転位

カルボカチオンは三級の炭素に存在する時が最も安定であるので、よく知られているのは水素の転移によるカルボカチオンの移動であるが、移動できる水素がない場合(移動先の炭素がtert-ブチル基だった場合など)その時は、アルキル基の移動が起きてカルボカチオンが転移する。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%82%B0%E3%83%8A%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%83%A1%E3%83%BC%E3%83%A4%E3%83%AF%E3%82%A4%E3%83%B3%E8%BB%A2%E4%BD%8D#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Wagner-Meerwein-Umlagerung_Uebersicht_Sk.svg

ほかにもジオール(二価アルコール)を硫酸で処理したときも、カルボカチオン転位と共にアルキル基の移動が起きる。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%82%B0%E3%83%8A%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%83%A1%E3%83%BC%E3%83%A4%E3%83%AF%E3%82%A4%E3%83%B3%E8%BB%A2%E4%BD%8D#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Wagner-Meerwein-Umlagerung_Uebersicht_Sk.svg

⑧配向性

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