アルケン 求電子付加反応 総合問題 91回薬剤師国家試験問7a〜d
第91回薬剤師国家試験 問7a〜d
シクロヘキセンに次のような反応（a〜d）を行った。得られる主生成物がラセミ体となるものはどれか、すべて選びなさい。ただし、立体配座異性体は考えないものとする。
a 塩化水素を反応させたときの生成物
b 臭素を反応させたときの生成物
c 硫酸触媒で水を反応させたときの生成物
d ジボランを反応させた後に、さらに塩基性過酸化水素水溶液で酸化反応を行ったときの生成物
第91回薬剤師国家試験 問7 解答解説
★ 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、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。
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。
◆ aについて
シクロヘキセンに塩化水素を反応させたときの生成物
aの反応はアルケンに対するハロゲン化水素（HX）の付加反応である。
アルケンに対するハロゲン化水素の付加反応については下記のリンク先を参照
アルケンのハロゲン化水素付加 98回問103の1
アルケンに対するハロゲン化水素の付加反応では、
アルケンのC=Cに対してHXがHとXに分かれて付加したハロゲン化物が生成する。
この反応では、より安定なカルボカチオン中間体を生成する過程を経るので、主生成物がマルコフニコフ型となる。
aの反応の主生成物は不斉中心が無いため立体配置異性体が無く、ラセミ体とはならない。
ただ、アルケンのハロゲン化水素の付加反応では、中間体のカルボカチオンにハロゲンアニオン（X−）がアクセスする際、上から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。
よって、アルケンのハロゲン化水素の付加反応では、生成物に不斉中心ができるならば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可能性はある。シクロヘキセンを基質とすると主生成物に不斉炭素が生じなかったため、ラセミ体にならなかった。
◆ bについて
シクロヘキセンに臭素（Br2）を反応させたときの生成物
アルケンに対するハロゲン分子（X2）の付加については下記のリンク先を参照
アルケンのハロゲン分子（X2）付加 98回問103の2
シクロヘキセンであるAに臭素分子を反応させると2つのBrがanti付加し、主にCまたはEのジブロモ化合物が生成する。CとEの絶対配置について、Cは（R,R）で、Eは（S,S）であり、これらは互いに鏡像異性体（エナンチオマー）の関係にある。
シクロヘキセンにBr2がアクセスする際、C=C平面に対して上からと下からという2つの経路があるが、この場合、上からでも下からでもアクセスのしやすさは同じであり、AからBが生成する確率とAからDが生成する確率は同じである。よって、CとEが同じ確率で生成し得る。
以上のことから、この反応の生成物は互いに鏡像異性体（エナンチオマー）の関係にあるCとEの等量混合物であるラセミ体となる。
◆ cについて
シクロヘキセンに硫酸触媒で水を反応させたときの生成物
cの反応はアルケンの酸触媒下での水和反応である。
アルケンの酸触媒下での水和については下記のリンク先を参照。
アルケンの酸性条件下での水の付加 89回問8d
アルケンの酸触媒下での水和では、
アルケンのC=Cに対してH2OがHとOHに分かれて付加したアルコールが生成する。
アルケンの酸触媒下での水和反応は、中間体としてより安定なカルボカチオンを経るので、主生成物がマルコフニコフ型となる。
反応cではシクロヘキセンから中間体のカルボカチオンBを経てCのアルコールが生成するが、主生成物のCには不斉炭素がない。よって、生成物はラセミ体ではない。
ただ、アルケンの酸触媒下での水和反応では、中間体のカルボカチオンにH2Oがアクセスする際、上から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。
よって、アルケンの酸触媒下での水和反応では、生成物に不斉中心ができるならば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可能性はある。本問の基質では生成物に不斉炭素が生じなかったため、ラセミ体にならなかった。
◆ dについて
ジボランを反応させた後に、さらに塩基性過酸化水素水溶液で酸化反応を行ったときの生成物
dの反応はアルケンのヒドロホウ素化−酸化である。
アルケンのヒドロホウ素化−酸化については下記のリンク先を参照
アルケンのヒドロホウ素化−酸化 100回問102
アルケンのヒドロホウ素化−酸化による水和反応では、
アルケンのC=Cに対してH2OがOHとHに分かれてsyn付加したアルコールが生成する。
主生成物が逆マルコフニコフ型であるのも特徴である（本問の基質ではこの点を考慮しなくてよい）。
反応dではシクロヘキセンから主生成物としてCまたはC´が生成するが、これらには不斉炭素がなく、同一の化合物である。よって、生成物はラセミ体ではない。
ただ、アルケンのヒドロホウ素化−酸化反応では、アルケンにBH3（ボラン）がアクセスする際、C=C平面の上から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。
よって、アルケンのヒドロホウ素化−酸化反応では、生成物に不斉中心ができるならば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可能性はある。本問の基質では生成物に不斉炭素が生じなかったため、ラセミ体にならなかった。