アルケン 求電子付加反応 総合問題 ラセミ体（ラセミ化） 102回薬剤師国家試験問101
102回薬剤師国家試験 問101
次の反応のうち、主生成物がラセミ体として生じるのはどれか。
（THF：テトラヒドロフラン）
102回薬剤師国家試験 問101 解答解説
本問では生成物がラセミ体になるか問われているが、反応機構を学ぶ際に立体的な事項を押さえることが大切である。
★ 求電子反応・求核反応の生成物がラセミ体となる条件
ラセミ体とは互いにエナンチオマー（鏡像異性体）である物質の等量混合物である。
求電子反応または求核反応で生成物がラセミ体となる条件は、基質に対して求電子試薬または求核試薬がアクセスする際、左からアクセスするのと右からアクセスするのとで（または上アクセスするのと下からアクセスするのとで）アクセスのしやすさが全く同じで、同じ確率で起こり得ることである。
このことが、生成物において立体的に互いに鏡像異性体であるものが等量ずつ生ずることにつながる。
ただ、上記の条件を満たすからといって必ずしも生成物がラセミ体となるわけではない。特に、生成物がメソ化合物であることに注意が必要である。メソ化合物は分子内に対称面を持つ化合物のことである。
★ アルケンを基質とした求電子付加反応
アルケンの反応性について、アルケンのC=Cは電子豊富な構造であるので、アルケンは主に電子を供与する側になりやすい。
このことから、一般に、アルケンでは電子豊富なC=Cに対して求電子試薬が付加する求電子付加反応が起こることが多い。
アルケンを基質とする求電子付加反応は求電子試薬によっていくつかの反応に分類されるが、反応ごとの立体的な特徴として、求電子試薬がsyn（シン）付加するかanti（アンチ）付加するのかが重要なポイントである。
大事なことは、求電子試薬がなぜsyn（シン）付加またはanti（アンチ）付加するのか、”反応過程から説明できる”ことである。
また、生成物がメソ化合物か否かの判別もポイントである。
◆ 1の反応について
1の反応は、アルケンのヒドロホウ素化−酸化と呼ばれる水和反応の1種であり、
アルケンにOHとHがsyn付加したアルコールが生成する。
また、この反応は、逆マルコフニコフ型付加であり、アルケンの2つの炭素のうち、置換基の多い方の炭素にHが付加し、置換基の少ない方の炭素にOHが付加する。
1の反応は、下記のように反応が進む。
上記の通り、1の反応は、互いに鏡像異性体の関係にある化合物が等量ずつ生成するので、生成物はラセミ体となる。
◆ 2の反応について
2の反応は、アルケンと過酸が反応し、アルケンに対して酸素がsyn付加したエポキシド（オキシラン）が生成する反応である。ここでのsyn付加とは、2つのC−O結合が立体的に同じ側という意味である。
過酸のＣ＝Ｏから最も離れた酸素原子は電子不足であり、この酸素にアルケンのπ電子が供与されることから反応が進行する。
2の反応は下記のように進行する。
上記の通り、シクロペンテンにm-クロロ過安息香酸を反応させるとエポキシドを生成する。
このエポキシドは、不斉炭素を有するが、分子内対称面を持つのでアキラルであり、メソ体（メソ化合物）である。
よって、生成物はラセミ体にはならない。
◆ 3の反応について
3の反応は、アルケンに対するハロゲン分子（X2）の求電子付加反応であり、
アルケンに対して2つのハロゲン（X）がanti付加（trans付加）したジハロゲン化物が生成する。
3の反応では、始めに、Br2の2つのBrのうち、正に分極したBr（Brδ＋）に対し、アルケンのπ電子が供与されてBrが付加し、中間体として三員環のブロニウムイオン（Br＋）が生成する。
次に、ブロニウムイオンの三員環を構成している正に分極した炭素（Cδ＋）にBr−が求核付加する。この時、Br−がCδ＋にアクセスする経路として、Br＋のいない側からの方がアクセスしやすい。
このことから、主生成物は2つのBrがanti付加(trans付加)したものとなる。
上記の通り、主生成物のジブロモ化合物は、
不斉炭素を有するが、分子内対称面を持つのでアキラルであり、メソ体（メソ化合物）である。
よって、生成物はラセミ体にはならない。
◆ 4の反応について
4の反応はアルケンの酸触媒下での水和反応であり、アルケンにOHとHが付加したアルコールが生成する。
この反応は、カルボカチオン中間体を経るので、マルコフニコフ型付加となる。すなわち、アルケンの2つの炭素のうち、置換基の少ない方の炭素にHが付加し、置換基の多い方の炭素にOHが付加する。
4の反応の進行は以下の通り。
上記の通り、反応4の主生成物には不斉中心がない。
よって、反応4の生成物はラセミ体ではない。
◆ 5について
5の反応では、アルケンに四酸化オスミウム（OSO4）を反応させると、OsO4がsyn付加し、中間体として環状オスミウム酸エステルが生成する。
続いて、NaHSO3（亜硫酸水素ナトリウム）水溶液で還元処理することにより、アルケンに2つのOHがsyn付加（cis付加）したジオールが得られる。
反応5は以下の通り進行する。
上記の通り、5の反応では、アルケンに2つのOHがsyn付加したジオールが得られるが、
このジオールは、不斉炭素を有するが、
分子内対称面を持つのでアキラルであり、メソ体（メソ化合物）である。
よって、生成物はラセミ体にはならない。
★ アルケンに四酸化オスミウム＋NaHSO3（またはH2S）水溶液を反応させるジヒドロキシ化がsyn付加である理由
アルケンに対してOSO4が付加する際、OSO4の2つのOが同じ側(syn)に付加する。この2つのOが、還元処理によりOHに置換する。よって、アルケンのOSO4を用いたジヒドロキシ化では、2つのOHがsyn付加したジオールが主生成物となる。
★ アルケンに四酸化オスミウム（OSO4）＋過ヨウ素酸ナトリウム（NaIO4）を反応させた場合は、アルケンの酸化的開裂が起こり、アルデヒドまたはケトンが得られる。
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