| ハロホルム反応 | |
|---|---|
| 名前の由来 | アドルフ・リーベン |
| 反応タイプ | 置換反応 |
| 識別子 | |
| 有機化学ポータル | ハロホルム反応 |
| RSCオントロジーID | RXNO:0000689 |
化学において、ハロホルム反応（リーベンハロホルム反応とも呼ばれる）は、塩基の存在下でアセチル基（R−C(=O)CH 3、Rは水素原子、アルキル基、またはアリール基）を完全にハロゲン化することでハロホルム（CHX 3 、Xはハロゲン）が生成される化学反応である。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]この反応は、アセチル基をカルボキシル基（R−C(=O)OH）に変換したり、クロロホルム（CHCl 3）、ブロモホルム（CHBr 3）、またはヨードホルム（CHI 3 ）を生成するために使用できる。フルオロホルム（CHF 3）はこの方法では調製できない ことに注意。
機構
[編集]最初のステップでは、ハロゲンが水酸化物の存在下で不均化して、ハロゲン化物と次亜ハロゲン酸塩が生成されます。
![{\displaystyle {\mathrm {Br} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {OH} {\vphantom {A}}^{-}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Br} {\vphantom {A}}^{-}{}+{}\mathrm {BrO} {\vphantom {A}}^{-}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2aecdb1a8ceb2e4fc78e2eaf1afe1a09c9a167c3)
第二級アルコールが存在する場合、それは次亜ハロゲン酸塩によってケトンに酸化されます。
メチルケトンが存在する場合、それは次の 3 段階のプロセスで次亜ハロゲン酸塩と反応します。
1.塩基性条件下では、ケトンはケト-エノール互変異性化を起こす。エノラートは次亜ハロゲン酸塩（形式電荷+1のハロゲンを含む）による求電子攻撃を受ける。
2. α(アルファ)位が完全にハロゲン化されると、分子は水酸化物と反応し、-CX 3 が3つの電子吸引基によって安定化された脱離基となる。第3段階では、-CX 3アニオンが溶媒または前段階で生成されたカルボン酸からプロトンを引き抜き、ハロホルムを形成する。少なくとも一部の場合（クロラール水和物）では、条件が酸性で次亜ハロゲン酸塩を使用すると、反応が停止し、中間生成物が単離されることがある。
範囲
[編集]基質は、メチルケトンと、イソプロパノールなどのメチルケトンに酸化可能な第二級アルコールに大まかに限定されます。この反応を起こす第一級アルコールとアルデヒドは、それぞれエタノールとアセトアルデヒドのみです。アセチルアセトンなどの1,3-ジケトンもこの反応を起こします。アセト酢酸などのβ-ケト酸も加熱すると試験反応を起こします。塩化アセチルとアセトアミドはこの反応を起こしません。使用されるハロゲンは、塩素、臭素、ヨウ素、次亜塩素酸ナトリウムです。[ 4 ]フルオロホルム(CHF 3 ) は、非常に不安定な次亜フッ素酸イオンの存在が必要になるため、この方法では生成できません。ただし、構造 RCOCF 3のケトンは塩基で処理すると分解してフルオロホルムを生成します。これは、上記のプロセスの2番目と3番目のステップに相当します。
アプリケーション
[編集]実験室規模
[編集]
この反応は、メチルケトン、またはメチルケトンに酸化可能な第二級アルコールの存在を判定する化学試験として、歴史的に広く用いられてきたヨードホルム試験の基礎となっています。試薬としてヨウ素と水酸化ナトリウムを用いると、陽性反応を示し、室温で固体のヨードホルムが生成され、溶液から沈殿して独特の濁りを生じます。
有機化学では、この反応は末端メチルケトンを類似のカルボン酸に変換するために使用できます。
産業的に
[編集]かつてはヨードホルム、ブロモホルム、さらにはクロロホルムの工業生産に使用されていました。[要出典]
この反応の変種は、ヘキサクロロアセトンと重水を塩基触媒で反応させて重水素化クロロホルムを製造するのに用いられる。[ 5 ] [ 6 ]
- O=C(CCl 3 ) 2 + D 2 O → 2CDCl 3 + CO 2
さらに別の方法としては、重水中のトリクロロ酢酸カルシウムの分解を利用するものがある：[ 7 ]
- Ca(CCl 3 CO 2 ) 2 + D 2 O → 2CDCl 3 + CaCO 3 + CO 2
水の塩素処理の副産物として
[編集]水に反応性の高い不純物（例えばフミン酸）が含まれている場合、塩素処理によってハロホルムが生成されることがあります。[ 8 ] [ 9 ]ハロホルム、特にクロロホルムは発がん性があると疑われており、塩素処理された水の摂取とがんの間には弱い関連性があります。[ 10 ]
歴史
[編集]ハロホルム反応は、知られている最も古い有機反応の1つです。[ 11 ] 1822年、ジョルジュ・シモン・セルラスは、エタノールと水中のヨウ素溶液にカリウム金属を加えて、ギ酸カリウムとヨードホルム（当時の用語で炭素ヨウ化水素酸塩と呼ばれていました）を形成しました。[ 12 ] 1832年、ユストゥス・フォン・リービッヒは、クロラールと水酸化カルシウムの反応でクロロホルムとギ酸カルシウムが形成されることを報告しました。[ 13 ]この反応は1870年にアドルフ・リーベンによって再発見されました。 [ 14 ]ヨードホルム試験は、リーベンヨードホルム反応とも呼ばれます。ハロホルム反応の歴史をまとめたレビューは、1934年に出版されました。[ 2 ]
参考文献
[編集]- ^ マーチ、ジェリー、スミス、マイケル・B. (2007). クナイプ、AC (編).マーチの高度有機化学反応、機構、構造（第6版）. ホーボーケン: ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. p. 484. ISBN 9780470084946。
- ^ a b Reynold C. FusonとBenton A. Bull (1934). 「ハロホルム反応」. Chemical Reviews . 15 (3): 275– 309. doi : 10.1021/cr60052a001 .
- ^ Chakrabartty, Trahanovsky, Oxidation in Organic Chemistry , pp. 343–370, Academic Press, New York, 1978
- ^ Bain, Ryan M.; Pulliam, Christopher J.; Raab, Shannon A.; Cooks, R. Graham (2016). 「ペーパースプレーによる化学合成の促進：ハロホルム反応」. Journal of Chemical Education . 93 (2): 340– 344. Bibcode : 2016JChEd..93..340B . doi : 10.1021/acs.jchemed.5b00263 . ISSN 0021-9584 .
- ^ Paulsen, PJ; Cooke, WD (1963年9月1日). 「核磁気共鳴分光法のための重水素化溶媒の調製」.分析化学. 35 (10): 1560. doi : 10.1021/ac60203a072 .
- ^ Zaharani, Lia; Johan, Mohd Rafie Bin; Khaligh, Nader Ghaffari (2022). 「実験室規模でのクロロホルム-d製造におけるコストとエネルギーを節約するプロセス」. Organic Process Research & Development . 26 (11): 3126– 3129. doi : 10.1021/acs.oprd.2c00260 . S2CID 253071632 .
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- ^ Boorman, GA (1999年2月). 「飲料水の消毒副生成物：レビューと毒性評価へのアプローチ」 . Environmental Health Perspectives . 107 (Suppl 1): 207–17 . Bibcode : 1999EnvHP.107S.207B . doi : 10.1289/ehp.99107s1207 . PMC 1566350. PMID 10229719 .
- ^ ラースロー・クルティとバルバラ・チャコ (2005)。有機合成における名前付き反応の戦略的応用。アムステルダム：エルゼビア。ISBN 0-12-429785-4。
- ^ Surellas、ジョルジュ＝シモン (1822 年 5 月)。ヨウ化水素酸塩および酸水素化物に関するメモ。 – 水素化炭素; moyen d'obtenir, à l'instant, ce composé Triple [カリウムのヨウ化水素酸塩とヨウ化水素酸 - 炭素のヨウ化水素酸塩に関するメモ。この 3 つの要素の化合物を瞬時に取得する手段] (フランス語)。フランス、メス：アントワーヌ。 17～20ページでは、スレラスはヨウ素蒸気と水蒸気の混合物を赤熱した石炭に通すことでヨードホルムを生成した。しかし、その後の28～29ページでは、ヨウ素のエタノール溶液（少量の水も含む）に金属カリウムを加えることでヨードホルムを生成した。
- ^ リービッヒ、ユストゥス・フォン (1832)。「Ueber die Verbindungen, welche durch die Einwirkung des Chlors auf Alkohol, Aether, ölbildendes Gas und Essiggeist entstehen」 [塩素と塩基[エタノール]、エーテル[ジエチルエーテル]、油形成ガス[エチレン]、および蒸留酢[アセトン]との反応によって生じる化合物について]。物理学と化学のアナレン。シリーズ第2弾。100 (2): 243–295。Bibcode : 1832AnP...100..243L。土井：10.1002/andp.18321000206。
リービッヒは 259 ～ 265 ページでクロルコーレンストフ(「塩化炭素」、クロロホルム) について説明しています。 264 では、リービッヒはクロロホルムの実験式が C 2 Cl 5であると誤って述べています。 p. より259: 「Chlorkohlenstoff. Man erhält diese neue Verbindung, wenn man Chloral mit ätzenden Alkalien, Kalkmilch oder Barytwasser in Ueberschuss vermischt und das Gemenge destillirt.」（クロロホルム。クロラールを過剰の苛性アルカリ、石灰乳（水酸化カルシウムの溶液）または重晶石水（水酸化バリウムの溶液）と混合し、混合物を蒸留すると、この新しい化合物が得られます。） - ^ 参照:
- アドルフ・リーベン（1870年）。「Ueber Entstehung von Jodoform und Anwendung Dieser Reaction in der chemischen Analyse」 [ヨードホルムの生成とこの反応の化学分析への応用について]。アナレン・デア・ケミー。サプリメントバンド。（ドイツ語で）。7 : 218–236 .
- アドルフ・リーベン（1870年）。「Nachschrift zur Abhandlung über Entstehung von Jodoform und Anwendungdieser Reaction in der chemischen Analyse」[ヨードホルムの生成とこの反応の化学分析への応用に関する記事の追記]。アナレン・デア・ケミー。サプリメントバンド。（ドイツ語で）。7 : 377–378 .
