酸化還元反応（Redox Reaction）は、化学全体を貫く基本的な概念です。
特に有機化学においては、アルコールの酸化、カルボン酸の還元、炭素–炭素結合形成など、さまざまな反応が酸化還元として整理できます。
本章では、酸化還元反応の定義や電子の数の増減による見分け方、そして有機化学での典型例を紹介しながら、反応設計や合成への応用まで展開していきます。
Contents
酸化還元反応とは？（有機化学における定義）
一般的な定義
- 酸化： 電子を失う反応
- 還元： 電子を得る反応
しかし有機化学では、電子の直接的な移動よりも、以下のような指標で酸化・還元を判断するのが実用的です。
有機化学での酸化・還元の見分け方
- 酸化： C–H結合が減る／C–O結合が増える
- 還元： C–H結合が増える／C–O結合が減る
例：
酸化の例： アルコール → アルデヒド／ケトン → カルボン酸
還元の例： ケトン → アルコール → アルカン
代表的な酸化反応
① アルコールの酸化
- 1級アルコール → アルデヒド → カルボン酸
- 2級アルコール → ケトン
- 3級アルコール → 酸化困難（C–Hがない）
使用される酸化剤の例
- PCC（ピリジニウムクロロクロマート）：1級アルコール → アルデヒド
- KMnO₄：1級アルコール → カルボン酸
- CrO₃（Jones試薬）：幅広い酸化に対応
② アルケンの酸化
- エポキシ化（酸化的付加）：m-CPBAなど
- ジヒドロキシル化：OsO₄、KMnO₄によるシン付加
- 開裂：オゾン分解（O₃）→ アルデヒド／ケトン生成
③ 芳香環の酸化
- アルキルベンゼン → ベンゼンカルボン酸
- 例：トルエン + KMnO₄ → 安息香酸
代表的な還元反応
① カルボニル化合物の還元
- アルデヒド → 1級アルコール
- ケトン → 2級アルコール
使用される還元剤の例
- NaBH₄（ホウ化ナトリウム）：穏やかな還元
- LiAlH₄（アルミニウムリチウム水素化物）：強力な還元剤
② カルボン酸／エステルの還元
LiAlH₄を使えば、カルボン酸やエステルもアルコールまで還元可能
③ ニトロ化合物の還元
- ニトロベンゼン → アニリン（還元剤：Sn/HCl、Fe/HClなど）
酸化剤・還元剤の見分け方と使い分け
酸化剤
- 電子を奪う物質
- 自らは還元される
- 例：KMnO₄、CrO₃、HNO₃、O₃
還元剤
- 電子を与える物質
- 自らは酸化される
- 例：NaBH₄、LiAlH₄、H₂（触媒下）
反応設計の際には、「対象の官能基」「最終的な構造」「副反応の有無」を考慮して酸化剤・還元剤を選びます。
酸化還元反応の実例と応用
① 保護・脱保護操作
- アルコール → トシル化（酸化的変換） → 還元的除去
② 立体化学の制御
- 選択的水素化（シス／トランスの制御）
③ 生体内の酸化還元（バイオ系）
- NAD⁺/NADH、FAD/FADH₂などが酸化還元に関与
④ 有機合成における酸化還元の流れ
アルコール → アルデヒド → カルボン酸 → アミド → 還元 → アミン というように、反応の進行方向を酸化還元でデザインする
まとめ：酸化還元をマスターすれば反応設計ができる
- 有機化学では、電子の増減で酸化・還元を判断する
- 反応条件によって生成物が大きく変化するため、使い分けが重要
- 酸化剤・還元剤の種類と特徴を理解することで、反応の予測が可能になる
- 生体反応から合成化学まで、広く応用される概念
次章では、こうした変換をさらに自在に行うための「反応選択性」と「合成計画（レトロシンセシス）」の基本を扱います。これまで学んだ知識を統合し、有機化学を“設計”する段階に進んでいきましょう。