イソシアネート（isocyanate）は、–N=C=Oという直線的な三原子構造を持ち、炭素原子が高い求電子性を示すことで、多様な求核種と反応する官能基です。
特にウレタン（–NH–CO–O–）結合の形成反応を活用したポリウレタン合成に不可欠であり、塗料、接着剤、医薬品、繊維、発泡材料など広範な応用があります。
Contents
イソシアネートの構造と特徴
一般構造式
R–N=C=O- R：アルキルまたはアリール基（例：CH₃–、Ph–）
- N=C=O：直線構造（spハイブリッド）
電子的特徴
- 炭素は正電荷的性質 → 求電子中心
- π共役なし → 非共鳴安定化
- 官能基密度が高く、小さな分子で高反応性
イソシアネートの合成法
① ホスゲン法（工業的主流）
R–NH₂ + COCl₂ → R–NCO + 2 HCl- 高収率だがホスゲンの毒性が課題
② カルバミン酸中間体経由
R–NH–COOH → R–N=C=O + H₂O（加熱脱水）③ ウレタンの分解
R–NH–CO–OR' → R–NCO + ROH（加熱）イソシアネートの反応性
① アミンとの反応 → ウレア結合
R–NCO + R'–NH₂ → R–NH–CO–NH–R'- 温和な条件で進行、選択性高
② アルコールとの反応 → ウレタン結合
R–NCO + R'–OH → R–NH–CO–O–R'- ポリウレタン形成の基本反応
③ 水との反応 → 二酸化炭素放出
R–NCO + H₂O → R–NH–COOH → R–NH₂ + CO₂↑④ チオールとの反応
R–NCO + R'–SH → R–NH–CO–SR'⑤ 重合反応
- ジイソシアネート + ジオール/ジアミン → ポリマー
代表的イソシアネート化合物
- メチレンジフェニルジイソシアネート（MDI）：硬質ウレタンフォーム、断熱材
- トルエンジイソシアネート（TDI）：軟質フォーム、接着剤
- ヘキサメチレンジイソシアネート（HDI）：自動車用塗料、アクリル塗料
ポリウレタンの形成と応用
ポリウレタン形成反応
R–(NCO)₂ + R'–(OH)₂ → [-R–NH–CO–O–R'-]ₙ用途例
- 発泡素材（断熱材、クッション）
- 塗料・コーティング剤
- 繊維・ゴム（スパンデックス）
- 接着剤・シーラント
医薬品とバイオ応用
① タンパク質修飾
- アミノ基選択的にイソシアネートが反応
- 生体分子の可視化や固定化に利用
② 医薬品原料
- 抗菌剤、酵素阻害剤、キナーゼ阻害剤
- カルバメート（ウレタン）系薬剤の中間体
③ プローブ・イメージングツール
- 蛍光色素とのカップリング反応
イソシアネートの毒性と取り扱い
- 吸入による呼吸器障害（喘息、肺炎）
- 皮膚・眼への刺激性
- 揮発性が高いためドラフト内で作業推奨
- 作業時には保護具（手袋、ゴーグル、マスク）を使用
まとめ：イソシアネートは高反応性かつ応用範囲の広い戦略的官能基
- 構造：–N=C=O（spハイブリッド、直線型）
- 高い求電子性 → 多様な求核種と反応
- ウレタン・ウレア形成 → 高分子や医薬品設計に不可欠
- 毒性があるため、慎重な取り扱いと保護が必要
次回は「カルベン（:CR₂）」をテーマに、電子構造、生成法、挿入反応、環化反応、有機触媒応用などについて解説していきます。
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