アミンアルキル化

アミンアルキル化（アミノ脱ハロゲン化）は、アルキルハライドとアンモニアまたはアミンとの間の有機反応の一種である。^{[ 1 ]}この反応は（ハロゲン化物の）求核脂肪族置換と呼ばれ、反応生成物はより置換度の高いアミンである。この方法は実験室では広く用いられているが、工業的にはあまり用いられておらず、工業ではアルコールがアルキル化剤として好まれることが多い。^{[ 2 ]}

${\displaystyle {\ce {\underbrace {H-\!\!{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!\!\!:} _{{一次\ または \atop 二次} \atop アミン}}}+\underbrace {\ce {R3X}} _{{\text{ハロゲノ-}} \atop {\text{アルカン}}}{\ce {->}}\underbrace {\ce {:\!\!\!\!{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!-R3}} _{\begin{matrix}{{{\text{アルキル-}} \atop {\text{置換}}} \atop {\text{アミン}}}\\{\ce {(第二級 \atop または\ 第三級)}}\end{matrix}}+{\ce {\underbrace {HX} _{ハロゲン \atop 酸}}}}$

アミンが第三級アミンの場合、メンシュトキン反応では反応生成物は第四級アンモニウム塩となる。

${\displaystyle {\ce {\underbrace {R3-\!\!{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!\!\!:} _{第三級アミン}}}+\underbrace {\ce {R4X}} _{{\text{ハロゲン化物}} \atop {\text{アルカン}}}{\ce {->\underbrace {\underbrace {R3-{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N+}}}\!\!-R4} _{{第四級アンモニウム} \atop カチオン}+\underbrace {X^{-}} _{ハロゲン化物アニオン}} _{第四級アンモニウム塩}}}}$

アミン類とアンモニア類は一般的に十分な求核性があり、穏やかな条件下で直接アルキル化反応を起こすことが多い。反応は、生成物（第一級アミンまたは第二級アミン）がアルキル化剤と反応する傾向があるため複雑になる。例えば、1-ブロモオクタンとアンモニアの反応では、第一級アミンと第二級アミンがほぼ等量生成する。^{[ 3 ]} したがって、実験室でのN-アルキル化は、第三級アミンの合成に限定されることが多い。例外として、α-ハロカルボン酸のアミノ化では、アンモニアを用いて第一級アミンを合成することができる。^{[ 4 ]}_{ハロアミンX-( CH2} ) _n - _NH2の分子内反応では、環状アジリジン、 アゼチジン、ピロリジンが生成する。

N-アルキル化は、過剰アルキル化が起こらないため、第三級アミンから第四級アンモニウム塩を得るための一般的で有用な方法である。

アルキルハライドによるN-アルキル化の例としては、ベンジルアニリン^{[ 5 ]}、1-ベンジルインドール^{[ 6 ] [ 7 ]}、アゼチジン^{[ 8 ]}の合成が挙げられる。別の例としては、シクレンの誘導体化^{[ 9 ]}がある。 工業的には、エチレンジアミンはアンモニアと1,2-ジクロロエタンのアルキル化によって製造される。

従来、アリールアミノ化は難しい反応であり、通常はハロゲン原子に対してオルト位またはパラ位にニトロ基などの強い電子吸引基を持つ「活性化」アリールハライドを必要とする。 ^{[ 10 ]}アミンを非活性化アリールハライドでアリール化するには、ブッフバルト・ハートウィッグ反応が有用である。このプロセスでは、パラジウム錯体が触媒として機能する。^{[ 11 ]}

工業的には、アルキル化のほとんどはアルキルハライドではなくアルコールを用いて行われるのが一般的です。アルコールはアルキルハライドよりも安価であり、アルキル化によって塩が生成されないため、その処理が問題となることはありません。アルコールのアルキル化の鍵は、ヒドロキシル基を良好な脱離基にする触媒の使用です。最大規模のN-アルキル化は、アンモニアとメタノールからのメチルアミンの製造であり、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンが年間約50万トン生産されます。この反応は選択性が低いため、3つの生成物を分離する必要があります。その他多くの工業的に重要なアルキルアミンも、やはりアルコールから大規模に生産されています。 エポキシドは、エタノールアミンの製造に有用な、ハロゲン化物を含まないN-アルキル化剤の別のクラスです。^{[ 2 ]}

実験室での使用においては、N-アルキル化反応は選択性が低いことが多い。ヘキサミンを用いるデレピン反応など、さまざまな代替法が開発されている。NH ₂ ⁻の等価物を用いるガブリエル合成は、第一級アルキルハライドにのみ適用可能である。^{[ 12 ]}