ヴォール・ツィーグラー臭素化

ヴォール・チーグラー反応^{[1] [2]は、} N-ブロモスクシンイミドとラジカル開始剤を用いて炭化水素のアリル位またはベンジル位を臭素化する化学反応で ある。^[3]

最高の収率は四塩化炭素溶媒中のN-ブロモコハク酸イミドで達成される。いくつかのレビューが発表されている。^{[4] [5]}

典型的な設定では、化学量論量のN -ブロモスクシンイミド溶液と少量の開始剤を CCl ₄中の基質の溶液に加え、反応混合物を撹拌しながら沸点まで加熱する。反応の開始はより激しい沸騰によって示されるが、熱源を取り除く必要がある場合もある。すべてのN -ブロモスクシンイミド (溶媒よりも密度が高い) がスクシンイミド(上に浮く) に変換されると、反応は終了する。四塩化炭素は毒性が高くオゾン層を破壊する性質があるため、トリフルオロトルエンがウォル・ツィーグラー臭素化に適した代替溶媒として提案されている。^[6]

対応する塩素化反応は、 N-クロロコハク酸イミドでは一般には達成できないが^[7]、より特殊な試薬が開発されており^[8]、塩素ガスを用いて工業的に反応を達成することができる^{[9] 。}

ウォル・ツィーグラー反応の進行機構は1953年にポール・ゴールドフィンガーによって提唱され、彼の反応機構はN-ブロモスクシンイミド（NBS）による脂肪族、アリル、ベンジル臭素化が起こる2つの経路のうちの1つである。^[10] ゴールドフィンガー機構は、ジョージ・ブルームフィールドによって提唱された、選択性研究では一貫していたものの、過度に単純化されていることが判明した、以前に受け入れられていた機構とは対照的に、適切な機構であることが示された。^[10]

ブルームフィールド機構で説明される NBS ラジカルの生成は、提案されたときに想像されていたよりもはるかに困難であることが示されており、そのため長年にわたって適切なモデルとしては機能していません。しかし、証拠は、ブルームフィールド機構が NBS を使用したアルコールの酸化にまだ受け入れられることを示唆しています。^[10]ゴールドフィンガー機構では、NBS の目的は単に分子臭素の濃度を非常に低く維持することですが、ブルームフィールド機構では、その目的は反応で使用される最初のラジカルの生成であり、^[11]これも非常に困難なプロセスになる可能性があります。^[12] これは、NBS ラジカルの挙動について特別な考慮を必要とするためです。ブルームフィールドの機構で提案されているように機能する唯一の方法は、NBS の N-Br 結合の解離エネルギーが Br ₂の解離エネルギーよりも小さい場合であり、反対の挙動を示唆する多くの証拠が見られてきました。^{[12] [13]} ゴールドフィンガーが提案したメカニズムは、すべてのラジカル種が正常に動作するため、特別な考慮を必要とせず、このことが部分的に彼のメカニズムが正しいと見なされている理由です。^[12]

^[10]

受け入れられている反応機構をさらに探究するには、あらゆるラジカル反応には競合するラジカル経路があることを理解する必要があります。この場合も同様で、付加経路と置換経路が競合しています。^[14] 目的の臭素化生成物を得るには、置換経路が優勢であることが必要であり、反応条件を操作して、この経路をあまり望ましくない付加経路よりも促進することができます。^[13] 以下に 2 つの経路全体を示します。この図には、完全性を保つために、ステップ 6 や 8 などの副反応が含まれています。これらの経路はほとんどすべてのラジカル反応に一般的なので、ここでは NBS は示していませんが、その役割については後で説明します。

^[13]

ゴールドフィンガーのメカニズムにおけるNBSの役割は分子臭素の再生を促進することですが^[10]、NBSを使用することによる追加の利点の1つは、分子臭素の濃度を低く維持することです。これは、付加よりも置換を促進する鍵となります。^[13] この反応の競争的挙動を説明する速度法則が開発されており、分子臭素の濃度に強く依存することが示されています。以下に、高濃度臭素の場合と低濃度臭素の場合の2つの式を示します。^[13]

• 高臭素濃度：r(a/s) = k _2a /k _2s (1 + k _4a /k _3a [Br ₂ ])ここでr(a/s)は付加と置換の比であり、k値は上記の競合経路で図示された特定の反応ステップを記述する定数に対応する。^[13]
• 低臭素濃度：r(a/s) = k _2a k _3a [Br ₂ ]/k _2s k _4aここで、用語は前の式と同じ定義を持ちます。^[13] 低臭素濃度の式では、付加と置換の比率は分子臭素の濃度に正比例することがわかります。そのため、臭素濃度を下げると付加経路が阻害され、臭素化生成物の形成がより促進されます。^[13]

• フリーラジカルハロゲン化