Loading article…
有機化学において、アリールハライド（ハロアレーンとも呼ばれる）とは、芳香環に直接結合した1つ以上の水素原子がハロゲン原子（フッ素、塩素、臭素、ヨウ素など）に置換された芳香族化合物である。アリールハライドは、その合成方法、化学反応性、および物理的性質において大きな違いがあるため、ハロアルカン（アルキルハライド）とは区別される。このクラスで最も一般的で重要な化合物はアリールクロリドであるが、このグループには有機合成、医薬品、材料科学など多様な用途を持つ幅広い誘導体が含まれる。
アリールフルオリドは、医薬品、農薬、液晶の製造などの合成中間体として使用されます。[ 1 ]ジアゾニウム塩の変換は、アリールフルオリドへの確立された経路です。したがって、アニリンはアリールフルオリドの前駆体です。古典的なシーマン反応では、テトラフルオロボレートがフッ化物供与体です。
場合によっては、フッ化物塩が使用されます。
多くの市販のアリールフルオリドは、アリールクロリドからHalex法によって製造されます。この方法は、電子求引基を有するアリールクロリドにもよく使用されます。例として、 2-ニトロクロロベンゼンから2-フルオロニトロベンゼンを合成する方法があります。[ 2 ]
アリールクロリドは、商業的に最も大規模に生産されているアリールハライドであり、米国だけでも年間15万トン（1994年）生産されている。環境問題への懸念から生産量は減少傾向にある。クロロベンゼンは主に溶剤として使用される。[ 3 ]
フリーデル・クラフツハロゲン化、または「直接塩素化」が主な合成経路です。 ルイス酸、例えば塩化鉄(III)が反応を触媒します。最も多く生産されるアリールハライドであるクロロベンゼンは、この経路で生産されます。[ 4 ]
ベンゼンのモノクロロ化は、ジクロロベンゼン誘導体の生成を伴う。[ 3 ] 電子供与基を持つアレーンは、ルイス酸が存在しない場合でもハロゲンと反応する。例えば、フェノールやアニリンは塩素水や臭素水と速やかに反応して多ハロゲン化生成物を与える。詳細な実験手順は多数存在する。[ 5 ]アルキルベンゼン誘導体、例えばトルエンの場合、フリーラジカル条件下ではアルキル位置がハロゲン化される傾向があるが、ルイス酸が存在すると環ハロゲン化が優先される。[ 6 ]電子豊富なアレーンによる臭素水の脱色は、臭素試験に用いられる。
ベンゼンのオキシ塩素化は、直接ハロゲン化における副生成物としてのHClの回避を目的として、十分に研究されてきた。[ 3 ]
しかし、この技術は広く普及しているわけではない。
ガッターマン反応は、銅系試薬を用いてジアゾニウム塩をクロロベンゼンに変換するためにも利用できる。ジアゾニウム塩は高価であるため、この方法は特殊な塩化物に限定して用いられる。
商業的に生産される主なアリールブロミドは、テトラブロモフタル酸無水物、デカブロモジフェニルエーテル、およびテトラブロモビスフェノールAである。これらの物質は難燃剤として使用される。これらはフェノール類およびアリールエーテル類の直接臭素化によって製造される。 フタル酸無水物は臭素との反応性が低いため、酸性媒体の使用が必要となる。
ガッターマン反応は、銅系試薬を用いてジアゾニウム塩をブロモベンゼンに変換するためにも利用できる。ジアゾニウム塩は高価であるため、この方法は特殊な臭化物に限定して用いられる。
合成アリールヨージドはX線造影剤として用いられるが、それ以外では大規模生産はされていない。アリールヨージドは、クロスカップリング反応やグリニャール試薬への変換など、多くの反応において「扱いやすい」基質であるが、より軽く反応性の低いアリールクロリドやアリールブロミドに比べてはるかに高価である。
アリールヨージドは、ジアゾニウム塩をヨウ化物塩で処理することによって調製できます。[ 7 ]アニリンやジメトキシ誘導体 などの電子豊富なアレーンは、ヨウ素と直接反応します。[ 8 ]
アリールリチウム試薬とアリールグリニャール試薬はヨウ素と反応してアリールハロゲン化物を生成する。
この方法は、すべてのアリールハライドの調製に適用できます。ただし、制限事項の1つは、アリールリチウム試薬とグリニャール試薬のほとんどがアリールハライドから生成されるものの、すべてではないことです。[ 9 ]
アリールハライドという用語は、あらゆる芳香族化合物のハロゲン化誘導体を含みますが、一般的にはハロベンゼン類、すなわちベンゼンのハロゲン化誘導体を指します。ハロベンゼン類には、フルオロベンゼン類、クロロベンゼン類、ブロモベンゼン類、ヨードベンゼン類、および少なくとも2種類の異なるハロゲンが同じベンゼン環に結合した混合ハロベンゼン類が含まれます。また、ハロベンゼン誘導体も多数存在します。
ハロピリジンは芳香族化合物ピリジンをベースとしている。[ 10 ]これにはクロロピリジンとブロモピリジンが含まれる。クロロピリジンは医薬品や農薬の重要な中間体である。
ハロゲン化ナフタレンはナフタレンをベースとしている。ポリ塩化ナフタレンは、絶縁性、疎水性、難燃性といった特性から、1930年代から1950年代にかけてケーブルやコンデンサの製造に広く用いられたが、毒性、環境残留性、新素材の登場などにより、現在ではこの用途での使用は段階的に廃止されている。[ 3 ]
甲状腺ホルモン であるトリヨードチロニン（T3 ）とチロキシン（T4 ）はアリールヨウ化物である。テトラヨウ化物であるT4は、チロシン誘導体の求電子ヨウ素化によって生合成される。[ 11 ] 合成T4は米国で最も多く処方されている医薬品の1つである。[ 12 ]
塩素化および臭素化された芳香族化合物の多くは海洋生物によって生成されます。海水中の塩化物イオンと臭化物イオンがハロゲンの供給源です。様々なペルオキシダーゼ酵素（例えば、ブロモペルオキシダーゼ）がこれらの天然アリールクロリドおよびブロミドの生成を触媒します。これらの多くは、チロシン、トリプトファン、および様々なピロールに見られる電子豊富な環の誘導体です。これらの天然アリールハライドの中には、有用な薬効を示すものもあります。[ 13 ] [ 14 ]
アリールハライドのCX距離は予想通りの傾向を示します。フルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、および4-ヨード安息香酸メチルのこれらの距離は、それぞれ135.6(4)、173.90(23)、189.8(1)、および209.9 pmです。[ 15 ]
一般的なアルキルハライドとは異なり、アリールハライドは通常、従来の置換反応には関与しません。オルト位とパラ位に電子求引基を持つアリールハライドは、SNar反応を起こすことができます。例えば、2,4-ジニトロクロロベンゼンは塩基性溶液中で反応してフェノールを生成します。
他のほとんどの置換反応とは異なり、フッ素は最も優れた脱離基であり、ヨウ化物は最も劣る脱離基である。[ 16 ] 2018年の論文では、この状況は実際にはかなり一般的であり、以前はSNAr機構で進行すると考えられていたシステムで発生する可能性があることが示されている。[ 17 ]
強塩基で処理すると、一部のアリールハライドはベンザイン中間体を介して反応することが多い。ベンザインは、−33 °C であっても、クロロベンゼンとカリウムアミドなどの強塩基性試薬との反応の中間体である。また、高温を必要とする水酸化ナトリウムを用いたクロロベンゼンからフェノールへの変換にも関与している。 [ 3 ] [ 18 ]
アリールハライドは、一般的にリチウムまたはマグネシウムなどの金属と反応して、アリールアニオン源として機能する有機金属誘導体を生成する。金属-ハロゲン交換反応により、アリールハライドはアリールリチウム化合物に変換される。例として、 n-ブチルリチウム（n -BuLi）を用いて臭化ベンゼンからフェニルリチウムを調製する方法が挙げられる。
芳香環が電子吸引基によって著しく不活性化されていない場合、エーテル溶液中でアリールハライドにマグネシウムを加えることによってグリニャール試薬を直接生成する方法はうまく機能します。
ハロゲン化物は、ラジカルアニオンが関与する反応を介して、強力な求核剤によって置換される。あるいは、アリールハロゲン化物、特に臭化物とヨウ化物は酸化付加を起こし、ブッフバルト・ハートウィッグ型アミノ化反応を受ける。
Rhodococcus phenolicusは、ジクロロベンゼンを唯一の炭素源として分解する細菌である。 [ 19 ]
最も大規模に生産されているアリールハライドは、クロロベンゼンとジクロロベンゼンの異性体である。かつては主要な用途であったが現在は廃止されている用途の一つに、除草剤ラッソの分散用溶媒としてのクロロベンゼンの使用がある。全体として、アリールクロリド（ナフチル誘導体も含む）の生産量は、環境問題への懸念などから、1980年代以降減少傾向にある。[ 3 ]トリフェニルホスフィンはクロロベンゼンから生産される。
代表的な除草剤には、アリールクロリド類がある。
いくつかのクロロベンゼン誘導体は顔料や染料として使用されている。[ 20 ]
アリールブロミドは難燃剤として広く使用されている。代表的なものとしては、ジフェノールを直接臭素化することによって合成されるテトラブロモビスフェノールAがある。 [ 21 ]