第109回薬剤師国家試験 問102 E2反応の機構・生成比・速度要因

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■ 正解
2、3


■ 問題の本質(E2反応の特徴と生成アルケンの安定性)

(S)-2-ブロモペンタンに対するナトリウムエトキシド/エタノール条件は、典型的なE2一段階脱離反応の条件であり、

  • 中間体カルボカチオンは経由しない
  • より置換度の高いアルケン(ザイツェフ則)が優先して生成する
  • 脱離速度は塩基濃度脱離基の性質に依存する

という点を押さえる問題。


■ 各選択肢の検証

● 1 カルボカチオン中間体を経由する反応である(誤)
カルボカチオン中間体を経由するのはE1反応であり、

  • 弱塩基・極性プロトン性溶媒・第3級ハロゲン化物などで起こりやすい

本問は強塩基(NaOEt)存在下の E2 反応であり、

  • 脱離とプロトン引き抜きが同時に起こる一段階機構
  • カルボカチオン中間体は生じない

→ 誤。


● 2 AとBをあわせた収率は、Cの収率より大きい(正)
(S)-2-ブロモペンタンの E2 では、

  • A・B:2-ペンテン(内部アルケン、cis/trans 異性体)
  • C:1-ペンテン(末端アルケン)

となる。

一般に、

  • 内部アルケン(より置換度が高い)>末端アルケンの順に安定
  • ザイツェフ則により、より置換度の高いアルケンが優先生成

したがって、2-ペンテン(A+B)の合計収率が、1-ペンテン(C)より大きくなる。

→ 正しい。


● 3 臭素原子を塩素原子に置換した出発物質を用いると、脱離反応が遅くなる(正)
E2 反応の速度は、

  • 脱離基の能力(Leaving group ability)

にも依存する。

一般に、

  • Br⁻ は Cl⁻ より良い脱離基(結合が弱く、陰イオンとして安定)

そのため、

  • –Br → –Cl に変えると、C–X 結合が強くなり、脱離しにくくなる
  • → E2 反応は遅くなる

→ 記述は正しい。


● 4 ナトリウムエトキシドの濃度を変えても、反応速度は変化しない(誤)
E2 反応の速度式は:

\text{rate} = k[\text{基質}][\text{塩基}]

のように、

  • 基質濃度
  • 塩基濃度

両方に一次依存する。

したがって、ナトリウムエトキシド濃度を変えれば、反応速度も変化する。

→ 「変化しない」は誤。


● 5 配座異性体I〜IIIのうち、IIIからAが生成する(誤)
E2 反応では、

  • 脱離基(Br)と脱離される H が反対向き(アンチペリプラナー)に並んだ配座から脱離が起こる

Newman 投影式 I〜III のうち、どの配座がどのアルケン(A/B/C)に対応するかは、

  • Br と H の位置関係
  • 生成する二重結合の置換パターン

から決まるが、III は A 生成に対応するアンチ配座ではない。

→ 記述は誤。


■ まとめ

  • E2 は一段階機構でカルボカチオンを経由しない(1:誤)
  • より置換度の高い 2-ペンテン(A+B)が 1-ペンテン(C)より多く生成(2:正)
  • Br → Cl で脱離基能力低下 → 反応は遅くなる(3:正)
  • E2 速度は塩基濃度にも依存(4:誤)
  • アンチペリプラナー条件からの生成アルケンの対応より、III→A は誤(5:誤)

正解は 2 と 3

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