カルボニル化合物

反応性のC=O基を持つアルデヒドとケトンは、炭素上で求核付加反応を起こし、α位では豊富なエノラート化学反応を起こして炭素-炭素結合形成の基盤となる。

Definition

このトピックにおけるカルボニル化合物とは、アルデヒドとケトンのことであり、求電子性の炭素と酸性のα水素を持つカルボニル基によって特徴づけられ、これらがその2つの相補的な反応様式を駆動する。

Scope

このトピックでは、アルデヒドとケトンの構造と反応性、求核付加反応（アルコール、アミン、炭素求核剤への付加）、ケト-エノール互変異性、エノールとエノラートの形成、α-ハロゲン化とアルキル化、およびアルドール縮合とその関連反応について扱う。

Core questions

• アルデヒドが一般的にケトンよりも求核剤に対して反応性が高いのはなぜか？
• α水素の酸性度はどのようにエノラート化学を可能にするのか？
• アルドール縮合とその関連反応はどのように炭素骨格を構築するのか？

Key theories

カルボニルへの求核付加

求核剤は求電子性のカルボニル炭素に付加し、アルコール、ヘミアセタール、アセタール、イミンなどの四面体生成物を与える。立体および電子的理由により、反応性はアルデヒドからケトンへと低下する。

エノール/エノラート化学とアルドール反応

カルボニルのα位の脱プロトン化により求核性エノラートが生じる。これが第二のカルボニルに付加する反応（アルドール反応）は、新しい炭素-炭素結合を形成し、合成の基礎となる。

Mechanisms

付加反応は、Bürgi–Dunitz角に沿ったカルボニル炭素への求核攻撃に続き、プロトン化によって進行する。エノール化は酸（エノールを介して）または塩基（エノラートを介して）触媒下で起こる。結果として生じる求核性のα炭素は、アルキル化、ハロゲン化、アルドール縮合において求電子剤を攻撃する。その後の脱水により、α,β-不飽和生成物が生じることがある。

Clinical relevance

カルボニル化学は代謝（解糖系、クエン酸回路）の中心であり、合成においても重要である。アルドール反応とその関連反応は、医薬品、香料、天然物の炭素骨格を構築する。

History

1870年代にWurtzとBorodinによって独立して報告されたアルドール反応と、その後のClaisen縮合は、古典的な合成における炭素-炭素結合形成の主要な手段としてカルボニルα位化学を確立した。

Key figures

• Charles-Adolphe Wurtz
• Aleksandr Borodin
• Rainer Ludwig Claisen

Seminal works

• careysundberg2007b

Frequently asked questions

ケト-エノール互変異性とは何か？

これは、カルボニル（ケト）形とそのエノール形との間の急速な平衡であり、エノール形ではα水素が酸素に移動し、C=C二重結合が形成されている。エノールは多くのα置換反応における反応性種である。

アルデヒドがケトンよりも反応性が高いのはなぜか？

ケトンはカルボニル炭素上に2つの電子供与性で立体的にかさ高いアルキル基を持つため、これらがカルボニルを安定化させるとともに求核剤の接近を妨げ、アルデヒドよりも反応性が低くなる。