Contents
  1. はじめに：アルキンが有機合成の入り口になる
  2. 9.1 アルキンの命名
  3. 9.2 アルキンの調製法：ジハライドの脱離反応
  4. 9.3 アルキンの反応：HX と X2 の付加
  5. 9.4 アルキンの水和
  6. 9.5 アルキンの還元
  7. 9.6 アルキンの酸化的開裂
  8. 9.7 アルキンの酸性：アセチリドアニオンの生成
  9. 9.8 アセチリドアニオンのアルキル化
  10. 9.9 有機合成入門：逆合成解析
  11. 第9章まとめ

はじめに：アルキンが有機合成の入り口になる

第8章でアルケンの豊かな反応化学を学びました。第9章では、三重結合を持つアルキン（alkyne）を取り上げます。アルキンはアルケンほど生体内に多くはありませんが、実験室では非常に重要な合成中間体です。

なぜこの章が重要なのか。それはアルキン化学を通じて、有機合成の基本戦略「逆合成解析（retrosynthetic analysis）」を初めて体系的に学ぶからです。ビタミン A や天然物合成などの例を通じ、「目標分子からさかのぼって出発原料を導く」思考法を身につけましょう。

第9章のゴール
① アルキンの IUPAC 命名規則を使いこなせる
② ジハライドの脱離反応でアルキンを合成できる
③ HX・X2 の付加、水和（Hg 触媒・ヒドロホウ素化）、還元（Lindlar・Li/NH3）、酸化開裂の生成物を予測できる
④ ケト-エノール互変異性のメカニズムを説明できる
⑤ アセチリドアニオンを用いたアルキル化で炭素骨格を伸長できる
⑥ 逆合成解析で多段階合成を設計できる

9.1 アルキンの命名

アルキンの命名は、アルカン・アルケンのルール（Section 3.4, 7.3）を踏まえ、語尾を -yne にします。三重結合の位置は、最初の三重結合炭素の番号で示します。

命名の基本ルール

  • 最長の炭素鎖を選び、三重結合に最も小さい番号が付くように番号を振る
  • 二重結合と三重結合が同じ鎖に含まれる場合は エンイン（enyne） と呼び、二重結合に優先して低い番号を振る（ynene とは言わない）
  • 置換基として扱う場合は アルキニル基（alkynyl group）（例：but-1-ynyl）
CH3CH2CH(CH3)CH2C≡CCH2CH3
→ 6-メチル-3-オクチン（6-Methyl-3-octyne）
   ※ 三重結合に小さい番号（C3）が付くよう右から番号を振る

4-ヘプテン-6-イン（hept-1-en-6-yne）: 二重結合を優先して C1 に
新 IUPAC 表記
近年の推奨表記では、位置番号を官能基名の直前に置きます（例：oct-3-yne, hept-1-en-6-yne）。試験では旧来の表記（3-octyne など）も通じますが、論文・英語文献では新表記も見られます。
化合物名（旧） 化合物名（新） 構造
アセチレン エチン（ethyne） HC≡CH
プロピン（propyne） prop-1-yne CH3C≡CH
1-ブチン（1-butyne） but-1-yne HC≡CCH2CH3
2-ブチン（2-butyne） but-2-yne CH3C≡CCH3
4-ヘプテン-6-イン hept-1-en-6-yne HC≡CCH=CH- 系鎖（二重結合優先）
アルキンの構造：sp 混成と線形分子
C≡C 三重結合の炭素は sp 混成。2 つの sp 軌道が 180° で C–C σ 結合と C–H（または C–C）結合を形成し、残る 2 つの非混成 2p 軌道が 2 本の π 結合を形成します。H–C≡C 結合角は 180°。C≡C 結合長は 120 pm（C=C: 134 pm、C–C: 154 pm）で最も短く、結合エネルギーは 965 kJ/mol と最強の炭素-炭素結合です。

9.2 アルキンの調製法：ジハライドの脱離反応

アルキンの主要な合成法は、1,2-ジハロアルカン（ビシナルジハライド）から KOH または NaNH2 を用いた二重脱ハロゲン化水素化（double dehydrohalogenation）です。

1. ビシナルジハライド → アルキン
R-CH(Br)-CH(Br)-R'  + 2 KOH（エタノール）
    または 2 NaNH2（NH3）
  →  R-C≡C-R'  +  2 KBr  +  2 H2O

2. ビニルハライドからも合成可
R-CR'=CH-Cl  +  NaNH2  →  R-C≡C-R'  +  NaCl  +  NH3

アルケン → ビシナルジハライド → アルキン のシーケンス

アルケンに Br2 を付加してビシナルジブロミドを作り、続いて強塩基で二重脱離することで、アルケンからアルキンへ変換できます。

スチルベン（C6H5CH=CHC6H5）
  →（Br2）1,2-ジブロモ-1,2-ジフェニルエタン（meso または dl 体）
  →（2 KOH, エタノール）ジフェニルアセチレン（85%）
脱離の順序に注意
2 段階の脱離は最初にビニルハライド中間体を経由します。この順序を誤ると反応機構を正しく書けません。第 11 章で E2/E1cb 脱離の詳細を学んだ後に復習してください。

9.3 アルキンの反応：HX と X2 の付加

アルキンはアルケンと同様に求電子的付加反応を受けます。ただし三重結合を持つため、反応が1当量停止か2当量進行かで生成物が異なります。

HX の付加

HBr や HCl はアルキンに付加し、マルコフニコフ則に従ってビニルハライドを与えます。1 当量では反応を止めることができ、過剰量（2当量）では1,1-ジハライドが得られます。

1-ヘキシン + 1 HBr → 2-ブロモ-1-ヘキセン（ビニルブロミド）
1-ヘキシン + 2 HBr → 2,2-ジブロモヘキサン（1,1-ジハライド）

3-ヘキシン + HCl（1当量）→ (Z)-3-クロロ-3-ヘキセン（trans 付加）
マルコフニコフ則の適用
HX 付加は Markovnikov 則に従います。ただしアルキンへの付加では、中間体がビニルカルボカチオン（sp 混成、空の p 軌道が π 結合に直交）であり、通常の 2° アルキルカルボカチオンと同程度の安定性しかありません。1° ビニルカルボカチオンはほとんど形成されません。そのため多くの場合、反応機構はより複雑な経路をたどります。

X2（Cl2、Br2）の付加

ハロゲンもアルキンに付加し、trans（アンチ）立体選択性でビニルジハライドを与えます。過剰量では四ハロゲン化物まで進行します。

2-ブチン + Br2（1当量）→ (E)-2,3-ジブロモ-2-ブテン（trans 付加）
2-ブチン + Br2（2当量）→ 2,2,3,3-テトラブロモブタン
試薬 当量 生成物 立体化学
HX（HBr, HCl） 1 ビニルハライド Markovnikov、通常 trans
HX 2 1,1-ジハライド —
X2（Br2, Cl2） 1 1,2-ジハロアルケン trans（アンチ付加）
X2 2 テトラハライド —

9.4 アルキンの水和

アルキンはアルケンと同様に、2 通りの方法で水和できます。それぞれ異なる位置選択性を示し、生成物のカルボニル化合物も異なります。

9.4a 水銀(II)触媒による水和（マルコフニコフ型）

アルキンを硫酸水銀(II)（HgSO4）触媒下で水和すると、最初はエノール（enol）が生成しますが、これは直ちにケト-エノール互変異性（keto-enol tautomerism）を起こしてカルボニル化合物（ケトンまたはアルデヒド）に変換されます。

1-ヘキシン + H2O（H2SO4, HgSO4）
  → エノール中間体（CH2=C(OH)CH2CH2CH2CH3）
  →（互変異性化）2-ヘキサノン（78%）  ← 末端アルキン → メチルケトン

内部アルキン（例：R-C≡C-R'）では 2 種のケトン混合物が生じるため、
末端アルキンへの適用が実用的。
ケト-エノール互変異性（互変異性体）のポイント
互変異性体（tautomer）は、水素の位置が異なる 2 つの異性体で、自発的に相互変換します。通常はケト型が圧倒的に安定（平衡はケト側に偏る）。エノール型は単独では単離困難です。この概念は第22章で詳しく学びます。

反応機構（Hg(II)触媒水和）

  1. Hg2+ が π 結合に求電子攻撃 → ビニルカルボカチオン中間体（Hg 含有）
  2. 水の求核攻撃 → プロトン化エノール中間体
  3. 脱プロトン化 → Hg 含有エノール
  4. 酸性条件下で Hg を H に置換（NaBH4 不要）
  5. エノール → ケトンへ互変異性化

9.4b ヒドロホウ素化-酸化（non-Markovnikov 型）

アルキンは BH3 によるヒドロホウ素化も受けます。生成したビニルボランを H2O2/NaOH で酸化するとエノールを経てアルデヒドまたはケトンを与えます。

末端アルキンには嵩高いボランが必要
末端アルキンに普通の BH3 を使うと、三重結合に 2 分子の BH3 が付加し（2 回ヒドロホウ素化）、生成物が混合物になります。これを防ぐためにジシアミルボラン（disiamylborane）などの立体的に嵩高いボランを用います。
末端アルキン（R-C≡CH）の反応比較：

① Hg(II)触媒水和:
  R-C≡CH + H2O（H2SO4, HgSO4）→ R-CO-CH3（メチルケトン）

② ヒドロホウ素化-酸化（ジシアミルボラン使用）:
  R-C≡CH + ジシアミルBH → R-CH2-CHO（アルデヒド）
  （R-CO-CH3 ではなく R-CH2-CHO が生成することに注意！）
9.4 のまとめ
同じ末端アルキンでも、触媒の種類で生成物が変わります。Hg(II) → メチルケトン（Markovnikov）、ヒドロホウ素化 → アルデヒド（non-Markovnikov）。この使い分けは院試・合成設計で頻出です。

9.5 アルキンの還元

アルキンは水素化によって段階的に還元でき、触媒の種類と反応条件によって得られる生成物（アルカンか、cis アルケンか、trans アルケンか）が変わります。

完全水素化（Pd/C 触媒）

パラジウム炭素（Pd/C）を触媒とした H2 との反応では、アルキン → アルケン → アルカンと進み、アルカンまで完全に還元されます。

4-オクチン + 2 H2（Pd/C）→ オクタン

Lindlar 触媒（cis アルケン）

Lindlar 触媒は炭酸カルシウム担体上のパラジウムを酢酸鉛とキノリンで不活性化したものです。アルキンは 1 当量の H2 だけを吸収して止まり、syn（cis）付加でcis アルケンを与えます。

4-オクチン + H2（Lindlar 触媒）→ cis-4-オクテン（syn 付加）
Lindlar 触媒の応用：ビタミン A 合成
Hoffmann-LaRoche 社のビタミン A 商業合成にアルキン水素化が使用されています。Lindlar 触媒による水素化で最初に生成する 7-cis-レチノール（7-cis-ビタミン A）を加熱することで trans 体（天然型ビタミン A）に異性化します。

Li/NH3 還元（trans アルケン）

液体アンモニア中のナトリウムまたはリチウム金属によるアルキンの還元では、Lindlar 還元とは逆にtrans アルケンが得られます。この反応はバーチ還元に類似した溶解金属還元（dissolving metal reduction）です。

5-デシン + Li（NH3 中、−33 °C）→ trans-5-デセン（78%）

反応機構（Li/NH3 還元）

  1. Li が π 結合に電子を供与 → アニオンラジカル（anion radical）中間体（負電荷 + 奇数電子）
  2. NH3 からプロトンを引き抜き → ビニルラジカル
  3. 第 2 の電子付与 → ビニルアニオン（より安定な trans 構造に速やかに平衡）
  4. NH3 からプロトン引き抜き → trans アルケン
trans 選択性の理由
ビニルラジカルは cis/trans 平衡が速いですが、ビニルアニオンは平衡化が遅い。より安定な trans ビニルアニオンが選択的に形成され、プロトン化される前に平衡化されないため trans 体が主生成物となります。
還元法 試薬・条件 生成物 立体化学
完全水素化 H2（excess）, Pd/C アルカン —
Lindlar 還元 H2（1当量）, Lindlar 触媒 アルケン cis（syn 付加）
溶解金属還元 Na または Li / 液体 NH3 アルケン trans

9.6 アルキンの酸化的開裂

アルキンもアルケンと同様に、オゾン（O3）や過マンガン酸カリウム（KMnO4）のような強酸化剤で酸化的開裂を受けます。ただし三重結合はアルケンの二重結合より反応性が低く、収率も低い場合があります。

内部アルキン（R-C≡C-R'）+ KMnO4（または O3）
  → RCO2H + R'CO2H（カルボン酸 2 種）

末端アルキン（R-C≡CH）+ KMnO4
  → RCO2H + CO2（二酸化炭素）
酸化開裂の実用価値は限定的
アルキンの酸化開裂は生成物収率が低い場合が多く、合成的有用性は高くありません。構造決定の手がかりとして論じられますが、院試ではアルケンの酸化開裂より出題頻度は低めです。

9.7 アルキンの酸性：アセチリドアニオンの生成

アルキンとアルケンの最も顕著な違いの一つが、末端アルキンの相対的な酸性です。末端アルキン（R—C≡C—H）は NaNH2 などの強塩基で脱プロトン化され、アセチリドアニオン（acetylide anion）を生成します。

R—C≡C—H + NaNH2  →  R—C≡C− Na+  +  NH3

酸性の強さの比較

炭化水素 例 pKa 対応アニオン
アルキン HC≡CH（アセチレン） 25 アセチリドアニオン（sp）
アルケン H2C=CH2 44 ビニルアニオン（sp2）
アルカン CH4 60 アルキルアニオン（sp3）
アセチリドアニオンが安定な理由：混成と s 性
アニオンの安定性は、負電荷を持つ炭素軌道の s 性（s character）に依存します。

  • アセチリドアニオン（sp）：s 性 50% → 負電荷が核により近い → 最も安定
  • ビニルアニオン（sp2）：s 性 33%
  • アルキルアニオン（sp3）：s 性 25% → 最も不安定

s 軌道は p 軌道より核近くに存在し低エネルギーであるため、s 性が高いほど負電荷が安定化されます。

NaNH2（NH3 の共役塩基、pKa(NH3) = 35）は末端アルキン（pKa ≒ 25）を脱プロトン化するのに十分な塩基です。KOH（H2O の共役塩基、pKa(H2O) = 15.7）では弱すぎて脱プロトン化できません。

9.8 アセチリドアニオンのアルキル化

アセチリドアニオンは強力な求核剤です。一級アルキルハライドとの求核置換反応（アルキル化）により、C—C 結合が形成されて新しいアルキン骨格が生成します。

一般式：
R—C≡C− Na+  +  R'—CH2Br  →  R—C≡C—CH2R'  +  NaBr

具体例：
アセチレン + NaNH2 → HC≡C−Na+
HC≡C−Na+ + BrCH2CH2CH2CH3 → HC≡C(CH2)3CH3（1-ヘキシン）

1-ヘキシン + NaNH2 → HC≡C(CH2)3CH2−（誤）
正確には: CH3(CH2)3C≡C−Na+ + BrCH2CH2CH2CH3 → 5-デシン（76%）

アルキル化の適用範囲と制約

一級アルキルハライドのみ使用可！
アセチリドアニオンは強塩基であるため、二級・三級アルキルハライドと反応させると置換ではなく脱離が起こり、アルケンが生成します。例えばブロモシクロヘキサン（二級）とプロピンアニオンの反応では、1-プロピニルシクロヘキサンではなくシクロヘキセン（脱離生成物）が主生成物になります。

アルキル化を逐次的に利用することで、炭素骨格を段階的に伸長できます。

アセチレン
→（NaNH2, R-X）→ 末端アルキン（RC≡CH）
→（NaNH2, R’-X）→ 内部アルキン（RC≡CR’）|||合成での活用例
1-ペンチン + NaNH2 → CH3(CH2)2C≡C−Na+
+ CH3I → 2-ヘキシン（末端 → 内部）
+ Lindlar H2 → cis-2-ヘキセン

9.9 有機合成入門：逆合成解析

第9章の最大のテーマが、逆合成解析（retrosynthetic analysis）の考え方です。有機合成とは、単純な出発原料から複雑な目標分子（target molecule）を実験室で構築することです。

逆合成解析の戦略

合成設計の黄金律：目標分子から逆向きに考える
① 目標分子の官能基を確認し、「その直接前駆体は何か？」を問う
② 前駆体が見つかったら、さらにそのまた前駆体を問う
③ 既知の出発原料に到達するまでこれを繰り返す

例：cis アルケン ← アルキン（Lindlar 還元）、trans アルケン ← アルキン（Li/NH3）
アルキン ← 末端アルキンアニオン + R-X（アルキル化）

代表的な逆合成解析の例

例1：1-ペンチンと RX から cis-2-ヘキセンを合成（WORKED EXAMPLE 9.1）

目標物：cis-2-ヘキセン（CH3/CH2CH2CH2 がシス配置の C=C）

逆合成：
  cis-2-ヘキセン ← [Lindlar H2還元] 2-ヘキシン
  2-ヘキシン  ← [アルキル化] 1-ペンチンアニオン + CH3I

合成（3ステップ）：
  ① 1-ペンチン + NaNH2/NH3 → ペンチニルアニオン
  ② + CH3I（THF）→ 2-ヘキシン
  ③ + H2（Lindlar 触媒）→ cis-2-ヘキセン

例2：アセチレンと RX から 2-ブロモペンタンを合成（WORKED EXAMPLE 9.2）

目標物：2-ブロモペンタン（CH3CHBrCH2CH2CH3）

逆合成：
  2-ブロモペンタン ← [HBr 付加（Markovnikov）] 1-ペンテン
  1-ペンテン ← [Lindlar H2還元] 1-ペンチン
  1-ペンチン ← [アルキル化] アセチレンアニオン + 1-ブロモプロパン

合成（4ステップ）：
  ① HC≡CH + NaNH2/NH3 → HC≡C−Na+
  ② + BrCH2CH2CH3（THF）→ 1-ペンチン
  ③ + H2（Lindlar 触媒）→ 1-ペンテン
  ④ + HBr（エーテル）→ 2-ブロモペンタン（Markovnikov）

例3：アセチレンと RX から 5-メチル-1-ヘキサノールを合成（WORKED EXAMPLE 9.3）

目標物：5-メチル-1-ヘキサノール（(CH3)2CHCH2CH2CH2CH2OH）

逆合成：
  5-メチル-1-ヘキサノール ← [BH3/H2O2] 5-メチル-1-ヘキセン
  5-メチル-1-ヘキセン ← [Lindlar H2] 5-メチル-1-ヘキシン
  5-メチル-1-ヘキシン ← [アルキル化] アセチレンアニオン + 1-ブロモ-3-メチルブタン

合成（4ステップ）：
  ① HC≡CH + NaNH2 → HC≡C−Na+
  ② + (CH3)2CHCH2CH2Br → 5-メチル-1-ヘキシン
  ③ + H2（Lindlar）→ 5-メチル-1-ヘキセン
  ④ + BH3/H2O2 → 5-メチル-1-ヘキサノール（non-Markovnikov 水和）
Chemistry Matters: ビタミン B12 の全合成
1973年、ハーバード大学の Robert B. Woodward とスイス連邦工科大学の Albert Eschenmoser が共同でビタミン B12 の全合成を達成しました。100 人以上の研究者が 10 年以上を費やしたこの偉業は、有機合成の歴史に輝く金字塔です。この研究から偶然にもペリサイクル反応（第30章）という新反応類型が発見されました。複雑な合成が新しい化学を生む典型例です。

第9章まとめ

重要ポイントの整理
構造と命名
・アルキンは C≡C 三重結合を持つ炭化水素。sp 混成・線形・結合長 120 pm
・語尾 -yne、三重結合に最小番号、二重結合より三重結合は後回し

合成
・ビシナルジハライド + 強塩基（KOH/NaNH2）→ 2段階脱ハロゲン化水素
・アセチリドアニオン + 一級アルキルハライド → アルキル化（C—C 結合形成）

反応
・HX 付加（Markovnikov）、X2 付加（trans）
・水和：Hg(II) → ケトン（末端 → メチルケトン）、ヒドロホウ素化 → アルデヒド
・還元：Lindlar → cis アルケン、Li/NH3 → trans アルケン、Pd/C → アルカン
・酸化開裂：内部 → 2カルボン酸、末端 → カルボン酸 + CO2

アセチリドアニオン
・末端アルキン pKa ≈ 25（sp 混成で s 性 50%）
・NaNH2（pKa of NH3 = 35）で生成
・一級 RX と SN2 反応（二級・三級では脱離が優先）

有機合成設計
・逆合成解析：目標物 → 直接前駆体 →… → 出発原料 の順に遡る

第10章へのつながり

第9章でアルカン・アルケン・アルキンという脂肪族炭化水素の化学をひと通り学びました。第10章からは、立体化学（stereochemistry）を本格的に扱います。キラリティー・エナンチオマー・ジアステレオマーといった概念は、有機化学の全般にわたる基礎になります。これまで学んだ反応（アルケンへのハロゲン化、エポキシ化など）の立体化学的意味がいっそう明確になるでしょう。