試験で落としがちな比較問題まとめ:pKa・安定性・反応性
比較問題で点を落とす原因は、「知識がない」よりも「判断の順番が固定されていない」ことが多い
このページは、pKa・安定性・反応性の比較を“同じ手順”で処理できるように、解法フレームをテンプレ化する
この記事でできること
- pKa比較(酸塩基平衡)を一発判定できる
- 中間体・共役塩基の安定性を「共鳴→誘起→混成→立体」で説明できる
- SN1/SN2/E1/E2の反応性比較を、条件つきで誤判定しない
- 典型の引っかけ(強塩基=強求核、OHは良い脱離基、など)を回避できる
先に結論(比較問題の万能テンプレ)
比較問題はこの順で見るだけで安定する
- 何を比較しているかを明確化(酸性度?塩基性?安定性?速度?主生成物?)
- 比較対象の「変化後」を書く(酸性度なら共役塩基、SN1ならカチオン、SN2なら遷移状態など)
- 安定性の4本柱で判定
- 共鳴(分散できるほど安定)
- 誘起効果(電荷を薄めるほど安定、距離で弱まる)
- 混成(負電荷はs性が高いほど安定:sp > sp2 > sp3)
- 立体(混み合いは不利:特にSN2・塩基の接近)
- 条件(溶媒・温度・脱離基)で最終調整(ここを最後に回す)
比較問題のタイプ別フレーム
タイプA:酸性度(pKa)比較
判断は「酸そのもの」ではなく「共役塩基の安定性」
進む/進まないは「pKaが大きい酸(弱酸)がある側に寄る」
チェックリスト
- 共鳴で負電荷が分散できるか
- 負電荷が乗る原子は電気陰性度が高いか(O, Nなど)
- 誘起効果(−I)が近くにあるか
- 混成(spが最も酸性が高くなりやすい)
タイプB:塩基性比較
塩基性は「プロトンを取った後(共役酸)」で見る
乱暴に言うと、塩基が安定すぎるほど塩基性は弱い(電子を渡したがらない)
チェックリスト
- 孤立電子対が共鳴で“使えない”状態になっていないか(例:アミド)
- 電子求引基が近くにあり、塩基が弱体化していないか(−Iで電子密度が下がる)
- 溶媒で塩基が溶媒和されすぎていないか(プロトン性溶媒は陰イオンを弱めやすい)
タイプC:中間体の安定性比較(カチオン・アニオン・ラジカル)
試験はほぼこれ
- 共鳴安定化できるか(ベンジル・アリル)
- カチオン:置換で安定(超共役)しやすい
- アニオン:電気陰性度・共鳴・s性で安定しやすい
- ラジカル:一般に置換で安定(ただし共鳴は最強)
タイプD:反応性比較(SN1/SN2/E1/E2)
まず基質(級数)
- SN2:メチル > 1級 > 2級 >> 3級(ほぼ不可)
- SN1/E1:3級 > 2級 >> 1級(例外:ベンジル・アリル)
- E2:1級でも2級でも3級でも起こりうる(強塩基・立体で変動)
次に溶媒と試薬
- 極性プロトン性(ROH, H2O):SN1/E1寄り、SN2は弱まりやすい
- 極性非プロトン性(DMSO, DMF, MeCN, アセトン):SN2/E2寄り
- 強塩基・かさ高い:E2へ寄せやすい(2級・3級で顕著)
- 弱求核(溶媒が求核):それでも進むならSN1寄り
脱離基は最後に必ず確認
- 良い脱離基:I, Br, Cl, OTs など
- 悪い脱離基:OH, OR(そのままだと事故りやすい)
頻出の“引っかけ”パターン集
引っかけ1:強塩基=強求核(とは限らない)
かさ高い塩基は攻撃(SN2)より引き抜き(E2)へ寄りやすい
溶媒がプロトン性だと陰イオン求核剤は溶媒和され、求核性が落ちやすい
引っかけ2:OHは脱離基として強い(×)
OH−として出ていくのは不利
酸でプロトン化してH2Oにする、またはOTs化などで改善する
引っかけ3:2級はSN2(決め打ち)
2級は条件依存
非プロトン性+強求核ならSN2寄り
強塩基・高温ならE2寄り
プロトン性+弱求核ならSN1/E1寄り
引っかけ4:共鳴は書けるのに“寄与”が判断できない
「全部同じ重み」ではない
八電子則、電荷分離、電荷の乗る原子(Oに−、Cに+が比較的有利)で主要寄与を決める
比較問題の演習(よく出るセット)
問題はすべて「理由を1行」で答える練習が最短
迷ったら「共役塩基(または中間体)を描いて、安定化要因を1つ言う」
解答:
(b)酢酸が強酸
理由:共役塩基(カルボキシラート)が共鳴で負電荷を2つのOに分散できて安定
解答:
(a)フェノールが強酸
理由:共役塩基(フェノキシド)の負電荷が芳香環へ共鳴分散できる;アルコキシドは分散できない
解答:
(a)末端アルキンが強酸
理由:共役塩基がsp混成でs性が高く、負電荷が安定化される(sp > sp2)
解答:
(a)ベンジルカチオンが安定
理由:共鳴で正電荷が芳香環へ分散できる(共鳴は置換による超共役より強い)
解答:
SN2なら(a)が圧倒的に速い(bはほぼ不可)
SN1なら(b)が起こりやすい(aはカチオン不安定で不可)
理由:SN2は立体、SN1はカチオン安定性が支配
解答:
(a)が速い
理由:SN2は立体障害が小さいほど速い(1級 > 2級)
解答:
E2が増えやすい
理由:脱離は生成物分子数が増えやすくエントロピー的に有利になり、温度上昇で相対的に有利になることが多い
解答:
(c)OTs
理由:脱離後のTsO−が共鳴で強く安定化された弱塩基だから(OHは強塩基で悪い脱離基)
解答:
(a)電荷分離が小さい方
理由:不要な電荷分離は一般にエネルギーを上げ、安定性を下げる
解答:
β-Hと脱離基がanti-periplanar(anti配向)に並ぶ必要がある
仕上げ:比較問題の“答案テンプレ”
比較問題は、解答をこの型にすると失点が減る
- 結論:Aが○○(強い/安定/速い)
- 理由:共役塩基(または中間体/遷移状態)が「共鳴/誘起/混成/立体」でより安定
- 条件がある場合:溶媒(プロトン性/非プロトン性)や温度、脱離基で補足
次に読む記事
- pKaの考え方:暗記から比較へ(酸塩基平衡の軸が固まる)
- 共鳴構造の描き方:電子はどこまで動かせる?(安定性の主因が固まる)
- SN1/SN2の入口:基質・溶媒・求核剤で一発判定(比較の実戦)
- E1/E2の入口:SNとの競合・温度・強塩基の整理(2級で迷わなくなる)
