メタレーション

メタル化（別名：Metallation）は、金属との結合を形成する化学反応です。この反応は通常、有機分子内のハロゲン原子を金属原子に置き換え、有機金属化合物を生成することを指します。実験室では、メタル化は、多くの有機分子の合成に必要な C—X 結合（X は通常、炭素、酸素、または窒素）の形成中に有機分子を活性化するためによく使用されます。

合成において、金属化試薬は、求核置換反応、一電子移動（SET）、および他の分子（ケトン、アルデヒド、アルキルハライドを含むがこれらに限定されない）の官能基との酸化還元化学に一般的に関与しています。金属化分子は酸塩基化学にも関与し、1つの有機金属試薬が有機分子を脱プロトン化して新しい有機金属試薬を生成します。

最も一般的な金属化化合物のクラスは、有機リチウム試薬とグリニャール試薬です。ただし、有機亜鉛化合物などの他の有機金属化合物も、研究室と産業の両方の用途で一般的に使用されています。

メタル化は、1849年にエドワード・フランクランドがジエチル亜鉛の合成中に初めて実験室で観察されました。^[1]この進歩は最終的に他の金属の有機金属化合物の開発につながりましたが、^[2]これらの化合物は高価であり、（有機亜鉛化合物の場合）非常に自然発火性が高いため、実験室ではほとんど使用されませんでした。メタル化反応（特にトランスメタル化の形態）は、フランソワ・オーギュスト・ヴィクター・グリニャールが金属マグネシウムと有機ハロゲン化物から直接有機マグネシウムハロゲン化物を合成して以来、合成実験室でより広く使用されるようになりました。 ^[3]これらの新しく発見された有機マグネシウム試薬の有機合成における極めて多様な用途により、メタル化は実験科学で広く使用されるようになりました。^{[4]有機リチウム試薬は1917年に}シュレンクとホルツによって初めて合成されましたが、^{[5]これらの試薬は、}カール・ツィーグラー、ヘンリー・ギルマン、ゲオルク・ヴィッティヒなどがこの最初の合成法を改良した合成法を開発するまで、金属化剤や有機合成試薬として広く使用されることはありませんでした。 ^[6]これらの合成法の改良が知られるようになってから、これらの化合物は一般に有機マグネシウム化合物よりも反応性が高いため、その関心は大幅に高まりました。 有機リチウム試薬が金属化試薬として初めて使用されたのは、1928年、シュレンクとベルクマンがエチルリチウムでフルオレンの金属化を行ったときでした。^[7]

トランスメタル化は、酸化還元交換機構によって有機分子間で 2 つの金属を交換する反応です。たとえば、トランスメタル化では、多くの場合、有機リチウム試薬と金属塩の間で反応が起こります。

単純な有機リチウム試薬を合成する場合、単純なアルキルまたはアリールハロゲン化物1当量をリチウム金属2当量で還元すると、単純なアルキルまたはアリールリチウム1当量とリチウムハロゲン化物1当量が良好な収率で生成する。^[8]

${\displaystyle {\ce {{RX}+ 2Li -> {R-Li}+ Li-X}}}$

この反応はラジカル経路を経て進行することが知られており、おそらく以下に示すような一電子移動機構によって開始されると考えられる。^[9]

マグネシウムも同様に有機ハロゲン化物を金属化してグリニャール試薬を生成します。