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化学Ⅱ
第14章
カルボニル化合物と求核付加反応
1．求核付加反応のメカニズム
1.1. カルボニル化合物の性質
1.2. 水和物、アセタール形成反応
1.3. 有機金属反応剤－炭素-炭素結合形成反応
1.4. グリニヤル反応（Grignard reaction）
2．エノラートイオンとアルドール縮合
2.1. ケト-エノール互変異性
2.2. エノラートイオン
2.3. アルドール反応
2.4. 交差アルドール反応
2.5. 分子内アルドール反応
1.1. カルボニル化合物の性質
カルボニル基の特徴１
C
カルボニル炭素は
求核攻撃を受ける
H
O
ル
ア デ ヒド
C
C
O
ン
ケト
（炭素の残りの結合は省略してある）
O
共鳴効果により、炭素は正電
荷に偏っている。
O
+
H
O
OH
OH
酸性条件では酸素原子の非共有電子対がH+を捉える
ため、さらに炭素は正電荷に偏る
1.2. 水和物、アセタール形成反応
カルボニル基へのアルコールの求核付加反応
O
RO
ROH
+
H
H
OH
OH
OH
OR
ヘミアセタール
+
H
OR
OH2
OR
ROH
H
OR
OR
OR
OR
アセタール
カルボニル基を過剰のアルコールと酸性条件にすると、求核付加反
応が進行する。二分子のアルコールが付加した構造はアセタールと
呼ばれる生。
1.2. 水和物、アセタール形成反応
環状アセタール形成反応と糖の鎖状/環状構造
O
H
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
HO
HO
HO
+
H
OH
H
HO
HO
HO
HO
OH
H
HO
O
OH
CH2OH
HO
HO
HO
O
HO
OH
HO
H
HO
HO
O
HO
OH
• 糖は分子内に、カルボニル基（アルデヒド基）と水酸基を持つ。
• 分子内反応は、分子間反応よりも進行しやすい。
• 糖は環状のヘミアセタール構造と鎖状構造の平衡状態にある。
1.3. 有機金属反応剤－炭素-炭素結合形成反応
カルボニル基への求核付加による炭素-炭素結合形成反応
炭素原子はそのままでは求核剤として働かないため、炭素-炭
素結合の形成には工夫が必要。
求核剤として働く有機金属反応剤
C
Li
C
MgBr
C
ZnBr
電気陰性度 C: 2.55 Li: 0.98 Mg: 1.31 Zn: 1.65
グリニヤル（Grignard）試薬の調製
R3C
Br
Mg
R3C
MgBr
Grignard試薬
R3C
MgBr
1.4. グリニヤル反応（Grignard reaction）
Grignard反応
グリニヤル試薬を利用した有機人名反応
R3C
MgBr
H2O
R3C
O
OH
カルボニル基（アルデヒド基）とGrignard試薬を反応させると求核
付加反応が進行して炭素-炭素結合を形成する
反応機構
R3C
O
MgBr
H2O
R3C
O MgBr
R3C
OH
反応は水の無い条件で行いMgBrの塩が生成する。これに水を加えて、生成物であ
るアルコールが得られる。
2.1. ケト-エノール互変異性 2.2. エノラートイオン
カルボニル基の特徴２
O
ケト型
OH
エノール型
ケト-エノール互変異性
カルボニル基の隣の炭素（α位）に水素がある場合、エノール型
と呼ばれる異性体との平衡が存在する（ケト型のほうが安定）
エノラートイオン
エノラートイオン
H
B
- +
H
O
+H+
+H+
O
共 鳴構
造
O
- +
H
OH
式
ケト-エノール後変異性のため、カルボニル基のα位の水素は塩基
によって引き抜かれ、求核性を持つカルボアニオンが生成する
2.3. アルドール反応
エノラートイオンとカルボニル基の反応（アルドール縮合）
H
H
H
Base
CH2
H
CH2
O
O
O
H
H
CH2
CH3
H
CH3 H
H
O
H
H
OH
Base
O
H
CH3
H
O
H
H
O
O
H
Base（塩基）としては
NaH, NaOH, NaOMe
などがある。
CH2
Base
H
CH3
O
H
① アセトアルデヒドに塩基を加えるとエノラートイオンが発生する
② エノラートイオンは残っているアセトアルデヒドと反応する
③ 生成したアルコールは脱水反応がさらに進行する
化学Ⅱ
第15章
カルボン酸と誘導体
1．カルボン酸誘導体の性質と相互変換
1.1. カルボン酸と酸性度
1.2. カルボン酸誘導体
1.3. エステルの合成と加水分解
1.4. アミド
1.5. 酸ハロゲン化物によるエステル及びアミドの合成
2．エステルエノラートイオンの反応
2.1. クライゼン縮合反応
2.2. β-ケトエステルのアルキル化と脱炭酸
2.3. アセト酢酸エステル合成とマロン酸エステル合成
1.2. カルボン酸誘導体
色々なカルボン酸誘導体
C
C
O
C
H
N
Cl
C
C
O
酸クロリド
O
ル
エ ステ
H
O
ル ン
カ ボ 酸
O
ロ ン
（酸ハ ゲ 化物）
R
O
ミ
ア ド
安定な誘導体
C
O
C
O
O
酸無水物
活性化された
誘導体
• カルボニル炭素の隣にそれぞれ異なる置換基が結合している
が、加水分解すればどの化合物もカルボン酸に変換される
• カルボン酸誘導体ではカルボニル基部分の求核攻撃に対す
る反応性が異なる
1．カルボン酸誘導体の性質と相互変換
カルボン酸と誘導体の性質
１．H+を放出する酸である
R
OH
R
O
+
O
H
O
２．ヒドロキシ基部分（通常は O－ の形）は求核性を有する
R
O
Me
R
I
O
Me +
I
O
O
３．求核攻撃を受ける（カルボニル基）
Nu
Nu
X
R
+
X
R
O
Nu
R
O
O
カルボン酸はヒドロキシ基（アルコール）とカルボニル基（ケトン、ア
ルデヒド）両方の性質を有している
1.1. カルボン酸と酸性度
カルボン酸の構造と酸の強さ
R1
R2
R1
OH
R2
C
+
C
O
R3
O
R3
H
O
酸の強さ＝H+の放出量
H+の放出量は、アニオン（R-COO－）の安定性できまる
H
Cl
OH
C
Cl
O
>
H
Cl
OH
C
H
O
>
H
H
OH
C
H
O
>
H
H3C
OH
C
H
O
1. 置換基が電子を引き付ける力が強いほど電荷が分子全体に分
散してアニオンは安定化するので、強い酸になる
2. 置換基が電子供与性だとアニオンが不安定化して弱い酸になる。
1.3. エステルの合成と加水分解
カルボン酸への求核攻撃：
酸性条件下でのエステル合成と加水分解反応
（Fischerエステル合成反応）
O
H3C
O
H
HO
HO
CH3
H3C
CH3
O
H
H3C
OH
H3C
H2O
O
ル
エ ステ
CH3
- +
H
OH
OH
CH3
OH2
O
C
+
H2O, H
H
OH
OH
H
OH
O
酢酸
O
H3C
H
+
ROH, H
O
ル ン
カ ボ 酸
エステル
＝アルコールと縮合したカルボン酸
H3C
O
C
O
OH
- +
H
CH3
H3C
O
CH3
O
• 酸性条件下（H2SO4, HCl等）でカルボン酸とアルコールを混
ぜるとエステルが生成し、エステルと水を混ぜると加水分解
が起こる。
R
1.3. エステルの合成と加水分解
カルボン酸の求核性：塩基性条件下でのエステル合成
H3C
O
H
×
ROH, HO
O
酢酸
H3C
O
R
O
ル
エ ステ
H3C
O
-
H
HO
H3C
O
カルボン酸とアルコールの
反応は塩基性条件では進
行しない
O
×
H3C
O
O
OR
O
塩基性条件ではカルボン酸がアニオンになる
⇒求核攻撃に対する反応性が低下
求核攻撃してくるアルコールもアニオン
⇒静電的反発
反応しない
• 置換反応を利用すると塩基性条件でエステルを合成できる
H3C
O
O
H
K2CO3
H3C
O
O
Me
I
H3C
O
O
Me
1.3. エステルの合成と加水分解
塩基性条件下でのエステル加水分解
O
C
-
R
H2O, HO
O
ル
エ ステ
H3C
O
O
CH3
H3C
H3C
O
O
O
H
O
ル ン酸
カ ボ
OH
OH
C
CH3
OH
O
H3C
O
O
塩基性条件下でのエステル加水分解反応では
• HO-が求核剤として作用する
• 中間体からアルコール部分が脱離することでカルボン酸
が生成する
ここまでは平衡反応だが
• 生成したカルボン酸は塩基性条件下でアニオンになる
⇒再度アルコールの攻撃を受けないので実質不可逆反応
1.4. アミド
カルボン酸誘導体：アミドの性質
C
O
H
O
ル ン
カ ボ 酸
H
N
C
RNH2
O
ミ
ア ド
H2O
R
アミド
＝アミンと縮合したカルボン酸
アミドとエステルの違い
H
C
O
O
ル
エ ステ
O
C
C
C
O
電気陰性度 酸素：3.44
N
C
H
R
N
C
C
O
O
ミ
ア ド
窒素：3.04
• 同じ共鳴構造式は書けても、窒素原子の方が電子を与えや
すいので、カルボニル炭素が求核攻撃を受けにくい。
• アミド構造はエステルに比べて安定で反応性が低い
• 水が多量に存在する生体内でタンパク質が安定に存在でき
る理由
1.5. 酸ハロゲン化物によるエステル及びアミドの合成
O
C
RNH2
H
O
ル ン酸
カ ボ
H
N
C
R
O
ミ
ア ド
H2O
アミドの合成：アミンとカルボン酸からはつくりにくい
O
C
中性条件
H
+
O
酸性条件
H
+
塩基性条件
O
+
N
H
R
+
-
N
H
N
R
OH
H + H
N
H
+
O
R
H
O
C
R
H
O
H
H
O
C
H
H
O
H
O
O
C
R
H
O
C
N
H
O
C
H
H
N
R
H
中性では塩、酸性ではアミンの求核性低下、塩基性ではカルボン
酸の反応性が低下
1.5. 酸ハロゲン化物によるエステル及びアミドの合成
活性化されたカルボン酸誘導体
X
C
O
活性化された
カルボン酸誘導体
Cl
C
O
酸クロリ
ド
ロ ン
（酸ハ ゲ 化物）
O
C
C
O
O
酸無水物
置換反応で放出されるアニオン
Cl
O
C
O
安定なアニオンが遊離
活性化されたカルボン酸誘導体
1. 電子吸引性の構造 ＝ カルボニル基の活性化
2. 求核攻撃により遊離するアニオンが安定な構造
⇒ 求核攻撃による反応を起こしやすい誘導体
1.5. 酸ハロゲン化物によるエステル及びアミドの合成
活性化されたカルボン酸誘導体によるアミドの合成
H
X
C
+
O
C
N
H
N
R
R
+
X
H
O
ミ
ア ド
H
置換反応により簡単にアミドが合成できる
H3C
Cl
H2N
R
H3C
O
R + H
R
H2
N
H3C
Cl
O
H
N
H3C
H2N
R
Cl
O
Cl
O
• 反応は、中性から塩基性条件で進行する。
• 生成物として酸が発生するため、反応を完全に進行させる
ためには塩基を加えて中和する必要がある
• 同じ反応はアルコールでも進行する（エステルの合成）
生体内での活性化されたカルボン酸誘導体
NH2
O
O
S
O
N
H
N
H
N
O
O OH
OH
CH3
P
O OH
P
O
O
HO
アセチルCoA
HO
P
O
N
N
N
OH
O
脂肪酸合成初期段階
S
O
S
O
CoA HS-ACP
S
O
ACP
O
ACP
S
O
O
O
ACP