ベンジル酸転位

ベンジル酸転位は、正式には塩基を用いて1,2-ジケトンを1,2-転位させてα-ヒドロキシカルボン酸を形成する反応である。この反応は、ベンジルと水酸化カリウムが反応してベンジル酸が形成されることからその名前が付けられている。 1838年にユストゥス・フォン・リービッヒによって初めて実行され、 ^[1]転位反応として報告された最初の例である。^[2]有機合成における古典的な反応となり、これまで何度も検討されてきた。^{[3] [4] [5]これは、1つの炭素中心が酸化され、もう1つが還元されるため、分子}内酸化還元反応と見なすことができる。

この反応は、芳香族、半芳香族、脂肪族、および複素環式基質で機能することが示されている。ケトン官能基にエノール化可能なプロトンが隣接していない場合に、アルドール縮合が競合するため、反応は最もよく機能する。環状ジケトンで使用される場合、反応は正式には環収縮である。アリール基はアルキル基よりも容易に移動すること、および電子吸引基を持つアリール基が最も速く移動すること がわかっている。

この反応は1,2-転位反応の代表例である。この長年確立された反応機構は、 Christopher Kelk Ingoldによってその全体が初めて提案され、以下に概説するようにin silicoデータ^[6]で更新された。この反応は、速度の点では全体として2次であり、ジケトンでは1次、塩基では1次である。

水酸化物アニオンが1 のケトン基の 1 つを求核付加で攻撃し、アルコキシド2 を形成する。次のステップでは、結合をコンフォーマー3に回転させることが必要であり、これにより、移動する基 R が 2 番目のカルボニル基を攻撃する位置に置かれる。協調ステップでは、移動する R 基が α-カルボニル基を攻撃して別のアルコキシドを形成し、同時に他の炭素にケト基が形成される。この移動ステップは律速である。このシーケンスは求核アシル置換に似ている。計算によると、R がメチルの場合、遷移状態でこの基に蓄積される電荷​​は0.22 にも達することがあり、メチル基は中央の炭素-炭素結合の間に位置する。

中間体4のカルボン酸はアルコキシドよりも塩基性が低いため、可逆的なプロトン移動が起こり、中間体5が優先されます。中間体 5は酸性処理でプロトン化され、最終的な α-ヒドロキシカルボン酸6になります。計算により、電荷蓄積の安定化に関与する 4 つの水分子の関与により、反応シーケンスの正確な説明が可能であることが示されています。これらの水分子は、中間体5の形成において 1 つのプロトンを効率的に移動するためのシャトルも提供します。

上記のメカニズムは、入手可能なすべての実験的証拠と一致している。^[3]種1と2 の間の平衡は、 ¹⁸ O同位体標識実験によって裏付けられている。重水素化水中では、カルボニル酸素の交換が転位よりもはるかに速く起こり、最初の平衡が律速段階ではないことを示している。さらなる実験では、他の点では同一の組成の非重水素化溶媒系と比較して、重水素化溶媒系の方が相対的に速度が大きいことが示された。これは、通常の水酸化物アニオンと比較して、重水素化水酸化物アニオンの相対的な塩基性が大きいためであると説明され、反応の律速段階では水素の移動が起こらなかったことを示すために使用された。これにより、律速段階で水素移動が起こるため、反応の協調メカニズムは排除された。

この反応は、水酸化物イオンの代わりにアルコキシドまたはアミドアニオンが使用されることを除いて、通常のベンジル酸転位と同一である。使用されるアルコキシドは、容易に酸化されるもの（カリウムエトキシドなど）であってはならない。これは、副反応としてメーアヴァイン・ポンドルフ・フェルレイ還元経路を促進するためである。反応は、速度の点では全体として2次であり、アルコキシドに関しては1次、ジケトンに関しては1次である。反応の生成物は、α-ヒドロキシエステルまたはα-ヒドロキシアミドである。

α-ケトール転位は、置換基の移動を伴う、ヒドロキシルαからカルボニルへの相互変換であり、相補的なカルボニル基とヒドロキシル基への相互変換である。求核剤が1,2-ジカルボニルを攻撃した後の時点で、ベンジル酸転位と機構的に同等である。この反応のバリエーションは、アシロイン官能基を持つ多くの基質で起こることが知られている。下の図は、シクロペンタンからシクロヘキサン環への環拡大反応の例を示す。^{[7] [8]}

• カニザロ反応
• ピナコール転位