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有機化学において、ヒドロシアン化はアルケンをニトリルに変換するプロセスです。この反応にはシアン化水素の添加が含まれ、触媒が必要です。この変換はナイロンの前駆体の製造のために工業規模で行われています。
不活性アルケンのヒドロシアン化
工業的には、ヒドロシアン化は、ホスファイト（P（OR）3 ）配位子のニッケル錯体触媒によるアルケンに対して一般的に行われる。一般的な反応は以下に示される：[1]
- RCH=CH 2 + HCN → RCH 2 −CH 2 −CN
化学量論とメカニズム
この反応は、基質にH +とシアン化物( − CN )を加えることで行われます。通常、基質はアルケンで、生成物はニトリルです。
この反応は、HCN を低原子価金属錯体に酸化的に付加してヒドリドシアン化物錯体を生成することによって進行します。その後アルケンが結合して中間体M(H)(CN)L n (アルケン)が生成され、これが移動挿入されてアルキル金属シアン化物が生成されます。このサイクルはニトリルの 還元的脱離によって完了します。
トリフェニルボロン（B(C 6 H 5 ) 3 ）などのルイス酸はニトリル生成物の還元的脱離を引き起こし、速度を増加させる。[1]
ニッケル系システムの場合、触媒の不活性化には、アルケンに対して反応しないジシアノニッケル(II)種の生成が関与する。ジシアニドは2つの経路（L = 亜リン酸）を介して生成される：[1]
- Ni(H)(CN)L 2 + HCN → Ni(CN) 2 L 2 + H 2
- Ni(R)(CN)L 2 + HCN → Ni(CN) 2 L 2 + RH
不斉ヒドロシアン化
ほとんどのアルケンはプロキラルであり、そのヒドロシアン化によりキラルなニトリルが生成されることを意味する。従来のヒドロシアン化触媒、例えば Ni(P(OR) 3 ) 4はラセミ混合物の形成を触媒する。しかし、支持配位子がキラルである場合、ヒドロシアン化は高度にエナンチオ選択的になり得る。不斉ヒドロシアン化の場合、一般的なキラル配位子はキレートアリールジホスファイト錯体である。[1] [2] [3]
アプリケーション
最も重要な工業用途は、ニッケル触媒によるブタ-1,3-ジエン( CH 2 =CH-CH=CH 2 )からのアジポニトリル( NC-(CH 2 ) 4 -CN ) の合成です。アジポニトリルはヘキサメチレンジアミン( H 2 N-(CH 2 ) 6 -NH 2 )の前駆体であり、特定の種類のナイロンの製造に使用されます。アジポニトリルを生成する デュポンADN プロセスを以下に示します。
このプロセスは3つのステップから構成されています：ブタジエンを2-メチルブテン-3-ニトリル（2M3BM）とペンテン-3-ニトリル（3PN）の混合物にヒドロシアン化するステップ、 2M3BM（望ましくない）から3PNへの異性化ステップ、そして2回目のヒドロシアン化（三塩化アルミニウムやトリフェニルボロンなどのルイス酸触媒の助けを借りて）によるアジポニトリルへのステップです。[4]
不斉ヒドロシアン化
ヒドロシアン化は、アミド、アミン、カルボン酸、エステルの合成における重要な中間体であるアルキルニトリル(RCN)の汎用性のために重要です。
抗炎症薬であるナプロキセンは、ホスフィナイト（OPR 2）配位子Lを用いたビニルナフタレンの不斉ヒドロシアノ化によって製造されます。この反応のエナンチオ選択性は重要です。なぜなら、Sエナンチオマーのみが医学的に望ましいのに対し、Rエナンチオマーは有害な健康影響をもたらすからです。この反応は、90%を超える立体選択性でSエナンチオマーを生成できます。粗生成物を再結晶化すると、光学的に純粋なニトリルが得られます。
歴史
ヒドロシアン化は、1954年にアーサーとプラットによって初めて報告され、彼らは線状アルケンのヒドロシアン化を均一触媒しました。 [5]ブタジエンをアジポニトリル に触媒的にヒドロシアン化する工業プロセスは、ウィリアム・C・ドリンクアードによって発明されました。
トランスヒドロシアノ化
トランスヒドロシアノ化では、当量のHCNがアセトンシアノヒドリンなどのシアノヒドリンから別のHCN受容体に転移される。この転移は塩基によって開始される平衡過程である。この反応は、トラッピング反応またはアルデヒドなどのより優れたHCN受容体の使用によって促進される。[6]
不飽和カルボニル化合物
α,β-不飽和カルボニル化合物は金属触媒の不在下でヒドロシアン化を受ける。一つの例はマイケル反応の特殊なケースであり、β-シアノケトンをもたらす。もう一つの例はビニルシアノヒドリンをもたらす。β-シアノシアノヒドリンも観察される。反応条件により、これらの生成物のいずれかを得ることができる。[7]
一般的に酸性条件では1,2-付加物が生じやすく、塩基性条件では1,4-付加物が生じやすい。例えば、アルカリ金属シアン 化物の付加は、1,4-付加のみを引き起こす。 [8]アルカリ金属シアン化物やシアノアルミネートとは対照的に、 TMSCNなどのルイス酸性シアン化物は1,2-付加を起こしやすい。アセチレン基質もこの反応を起こすが、この反応の範囲は限られており、収率も低いことが多い。[7]
イミンは塩基に対して不安定なことが多いが、イミンへの1,4-付加反応はいくつかのケースで観察されている。[7]
エステル、[9]、ニトリル、[7]、およびその他のカルボニル誘導体も共役ヒドロシアン化を受ける。アルカリ金属シアン化物を使用する場合、通常、反応媒体の少なくとも部分的な中和が必要である。中和は、基質自体の酸性基を介して達成することができる（内部中和）。[7]または外部酸の添加によって達成することができる（外部中和）。酢酸は、もともとラップワースによって記述された手順で、この目的で一般的に使用されている。[7]
ステロイドD環の調製には共役ヒドロシアン化が使用された。[7]これらの付加反応では一般にジアステレオ選択性が高く、得られたβ-シアノカルボニル化合物は多くのステロイド生成物に変換できる。
参考文献
- ^ abcd Piet WNM van Leeuwen「均質触媒：その技術を理解する」、2004年、Wiley-VCH、ヴァインハイム。ISBN 1-4020-2000-7
- ^ RajanBabu, TV; Casalnuovo, AL (1994). 「不斉触媒における電子効果：エナンチオ選択的炭素-炭素結合形成プロセス」Pure Appl. Chem. 66 (7): 1535–42. doi : 10.1351/pac199466071535 .
- ^ Goertz, Wolfgang; Kamer, Paul CJ; van Leeuwen, Piet WNM; Vogt, Dieter (1997). 「アルキルエンおよびω-不飽和脂肪酸エステルのニッケル触媒ヒドロシアノ化におけるキレートジホスフィン配位子の応用」Chem. Commun. (16): 1521–1522. doi :10.1039/a702811c. S2CID 96253038.
- ^ Bini, L.; Muller, C.; Wilting, J.; von Chrzanowski, L.; Spek, AL; Vogt, D. (2007). 「3-ペンテンニトリルへのブタジエンの高選択的ヒドロシアノ化」J. Am. Chem. Soc. 129 (42): 12622–3. doi :10.1021/ja074922e. hdl : 1874/26892 . PMID 17902667.
- ^ Arthur, P.; England, DC; Pratt, BC; Whitman, GM (1954). 「不飽和化合物へのシアン化水素の付加」. Journal of the American Chemical Society . 76 (21): 5364–5367. doi :10.1021/ja01650a034. ISSN 0002-7863.
- ^ Serkos A. Haroutounian (2001). 「アセトンシアノヒドリン」.有機合成試薬百科事典. eEROS . doi :10.1002/047084289X.ra014. ISBN 978-0471936237。
- ^ abcdefg 永田航;吉岡充 (1977) 「共役カルボニル化合物のヒドロシアン化」。有機反応。 255–476ページ。土井：10.1002/0471264180.or025.03。ISBN 0471264180。
- ^ Mowry, David T. (1948). 「ニトリルの製造」.化学レビュー. 42 (2): 189–283. doi :10.1021/cr60132a001. PMID 18914000.
- ^ CFH Allen および HB Johnson (1950)。「フェニルコハク酸」。有機合成。30 :83。doi : 10.15227/orgsyn.030.0083。