ブロモヒドリン化反応

教科書 p.498 The bromonium ion can be trapped by other nucleophiles の記述に関して
『次の反応を行った時の主生成物は何か？』という命題は有機化学の醍醐味でもあるし、必須の
演習である。さらに進んで、『この分子を主生成物として(収率よく)得るにはどのような反応を行
うべきか？』が解けるようにならないと、役に立たない。しかし命題の条件があやふやで（あるい
は間違っていて）
『次の反応を行った時の主生成物は何か？』をうまく考えられないようでは困る。
p.498 の 2~3 行目に “For example, bromination of cyclopentene in water as solvent gives
vicinal bromoalcohol (common name bromohydrin).［たとえば、水を溶媒としてｼｸﾛﾍﾟﾝﾃﾝの臭素
化を行うと隣接(vicinal)ﾌﾞﾛﾓｱﾙｺｰﾙ（汎用名ﾌﾞﾛﾓﾋﾄﾞﾘﾝ）を生じる］という記述があり、下式が示さ
れている。この反応式は「目的通り理想的に進むとこのようになる」ことを示しているのだが、青
字部分の記述と併せて読むと、誤りに近い。
Bromoalcohol (Bromohydrin) Synthesis
Br
Br2，H2O，0℃
+
Br
･Br
−
Br
+
OH2
OH
−
OH2
･Br
必ず trans-(anti-)付加
+ HBr
（注１）cyclopent-1-ene は殆ど水に溶けない。正確なデータが無いが、10−5 mol/L 以下であろう。
（注２）臭素も水に溶けにくく（0.21mol/L at 25℃）、一部、HBr+HOBr を生じる（それぞれ 1.15
×10−3 mol/L）。したがって臭素水は強酸性。
（注３）水に cyclopent-1-ene と臭素を加えて振り混ぜると、cyclopent-1-ene+臭素の有機相と水
相に液-液分離する。
先ず、
（注３）のように液-液分離してしまったときの有機相について考える。この有機相の主成
分は cyclopent-1-ene と臭素であり、水は有機相中へはわずかに溶けこんでいる程度である。そう
だとすると、cyclopent-1-ene に Br2 が付加する反応が主になり、trans-1,2-dibromocyclopentane
が主生成物になるはずである。水は少量しか存在しないので、想定した bromohydrin を与える反
応はわずかしか起きないであろう。
次に、液-液分離した水相について考える。十分な量の臭素が加えられたとすると、当初、この
水相には飽和濃度の 0.21mol/L の Br2，1.15×10−3 mol/L の HBr(=H+)，1.15×10−3 mol/L の HOBr
を含み、そして 10−5 mol/L 程度以下の cyclopent-1-ene が含まれる。想定した bromohydrin を与
える反応も起きるだろうが、二重結合への HBr 付加による 1-bromocyclopentane の生成、二重結
合への H+攻撃に引き続く OH2 の付加による cyclopentan-1-ol の生成、二重結合と HOBr の反応
によるエポキシ化合物の生成、そのエポキシ化合物の開環付加物など、種々考えられる。いずれに
しろ、出発の cyclopent-1-ene の濃度が極めて低いので、どの生成物も微量である。
Bromohydrin を効率よく合成するには、水、アルケン、臭素化試薬の三者をよく溶解し、反応
が均一相で進行する溶媒を選ぶ必要がある。一般的には、DMSO：CH3-S(=O)-CH3 (dimethyl
sulfoxide) や DME：CH3OCH2CH2OCH3 (dimethoxyethane) など、水と混和する(miscible)有
機溶媒が用いられる。なお、混和とは「任意の割合で混じりあう」ことであり、単なる混合や溶解
のときは溶解限度がある。たとえば、液-液分離すると通常思われている CHCl3 には、水が 2％く
らい溶解する（均一に溶けている）
。逆に水中にも CHCl3 が数％溶け込んでいる。
このときの臭素化剤には、毒性が強く取り扱いにくい臭素ではなく、 N-ブロモコハク酸イミド
（NBS：N-bromosuccinimide）
Br
などを用いる。
N
NBS
O＝C
C＝O
N-臭素化コハク酸イミド
H2C CH2
典型的には、20~50％程度まで水を加えてある DMSO に 10−3~1 mol/L 程度となるようにアルケ
ンを溶解して 0~5℃に冷却し、固体粉末の NBS を少量ずつ加えていと、目的の bromohydrin が
主生成物として得られる。このとき、NBS は含水 DMSO に溶解する（したがって反応は均一系で
進む）のだが、NBS が反応した結果副生するコハク酸イミド（NBS の Br を H に置換した分子）
は溶解しにくく沈殿となって系外に去るので、反応が進みやすい。
この方法であると目的の bromohydrin が主生成物になるが、なおかつ、ジブロモ体や HBr 付加
体などの副成を完全に防ぐことはできない。
現在は NBS 以外にも種々のハロゲン化試薬（X2 の代替として使用できる試薬）が種々考案され
ており、興味があれば次の URL を参照のこと：
http://www.tcichemicals.com/eshop/ja/jp/category_index/00208/
http://www.tcichemicals.com/ja/jp/support-download/brochure/R5105.pdf#search=%27%E8%87%AD%E7%B4%A0%E5%8C%96%E8%A9%A6%E
8%96%AC%27
臭素の水に対する溶解度は前頁のとおりであるが、塩素であると Cl2+H2O ⇄ HOCl+H++Cl−な
る平衡はもっと起こりやすく、25℃の水に飽和させると、水中の濃度は[Cl2]＝0.062 mol/L，
[H+](=[HCl])＝0.030 mol/L，[HOCl]=0.030 mol/L となる。したがって、Cl2 水を用いたクロロヒ
ドリン化反応は失敗する（HCl 付加によるモノクロル体生成と H+･OH2 付加によるアルコール生
成が優先する）。上記 URL 掲載の塩素化試薬を利用した含水 DMSO 中の反応を行う必要がある。
ヨウ素を 25℃の水に飽和させると、水中の濃度は、[I2]＝1.3×10−3 mol/L，[H+](=[HI])＝6.4×
10−6 mol/L，[HOI]= 6.4×10−6 mol/L となる。したがって HI 付加などは起こりにくいので、ヨー
ドヒドリン化反応が優先する（ただし、いずれにしろアルケンが水に溶けないので効率が悪い）。
このように、反応時の相状態（均一溶液系、不均一固-液系、不均一液-液分離系、など）、反応条
件（物質濃度、物質濃度比、温度、圧力、反応時間、など）、加える順序、などによって反応の様
相や主生成物の種類・収率が変化する。たとえば、A+B→C+D のように化学反応式を書いた時に、
①A に B を加えるのか、②B に A を加えるのか、③A と B を同時に等量ずつ加えるのか、定かで
ない。次の例は、青で示した PN(o-phthalonitrile)の合成を目的にしているが、①と②の違いが明
瞭に表れており、加える順序の違いだけであるのに収率は 5％と 95％である。なぜこのような違
いを生じるのか、有機化学の学習が進めば理解できる。
① DMF(溶媒) ＋
SOCl2
–R = –H or –SO2Cl
CONH2
滴下
C≡N
CO
40℃
反応 4 時間
，
N−R
CONH2
C≡N
CO
PDAm(o-phthalic diamide)
PN 5％
副生成物 95％
② DMF(溶媒) ＋
PDAm
C≡N
少しずつ加える
副生成物は痕跡程度
SOCl2
40℃
反応 4 時間
C≡N
PN 95％

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