Contents
  1. はじめに：有機ハロゲン化合物が化学の橋渡しをする
  2. 10.1 アルキルハライドの名称と構造
  3. 10.2 アルカンからのアルキルハライド合成：ラジカルハロゲン化
  4. 10.3 アルケンからのアルキルハライド合成：アリル臭素化
  5. 10.4 アリルラジカルの安定性：共鳴再訪
  6. 10.5 アルコールからのアルキルハライド合成
  7. 10.6 アルキルハライドの反応：Grignard 試薬
  8. 10.7 有機金属カップリング反応
  9. 10.8 有機化学における酸化と還元
  10. まとめ：第10章の要点整理

はじめに：有機ハロゲン化合物が化学の橋渡しをする

これまでの章では炭化水素（アルカン・アルケン・アルキン）を中心に学んできました。第10章からは、炭素以外の元素を含む化合物へと舞台を広げていきます。その最初のグループが有機ハロゲン化合物（organohalide）です。

ハロゲン（F、Cl、Br、I）を持つ有機化合物は自然界にも5000種以上が知られており、海藻・火山・森林火災など多様な起源で生成されます。工業的にも溶媒・麻酔薬・冷媒・農薬として広く利用されています。

しかしこの章を学ぶ最大の理由は別にあります。アルキルハライドが示す求核置換反応（SN）と脱離反応（E）は、有機化学全体で最も詳しく研究された反応型です（次の第11章で詳述）。まずこの章で「命名・合成・Grignard試薬・有機金属カップリング」を学び、次章への準備を整えましょう。

第10章のゴール
① アルキルハライドの IUPAC 命名規則を使いこなせる
② ラジカルハロゲン化の機構（開始・連鎖・停止ステップ）と選択性を説明できる
③ NBS によるアリル臭素化の機構と生成物を予測できる
④ アリルラジカルの共鳴安定化を説明できる
⑤ アルコールから HX・SOCl2・PBr3 でハライドを合成できる
⑥ Grignard 試薬の性質と調製法を説明できる
⑦ Gilman 試薬（有機銅試薬）と鈴木–宮浦カップリングで C–C 結合を形成できる
⑧ 有機化合物の酸化レベルを比較・判定できる

10.1 アルキルハライドの名称と構造

アルキルハライド（alkyl halide）は、ハロゲン原子が sp3 混成炭素に結合した化合物です。系統名では「ハロアルカン（haloalkane）」と呼び、ハロゲンを置換基として命名します。

命名の3ステップ

  1. 最長鎖を選び、親アルカンとして名前を付ける（二重・三重結合がある場合はそれを含む鎖が親）
  2. ハロゲンに最小番号が付くよう鎖の端から番号を振る。同じ距離なら置換基をアルファベット順で判断
  3. ハロゲン名は fluoro-、chloro-、bromo-、iodo-（アルファベット順に列挙）
例: CH3CH(Cl)CH2CH(Br)CH2CH3
  → 4-Bromo-2-chlorohexane（bromo を先に列挙）

例: (CH3)2CHCl
  → 2-Chloropropane（IUPAC）または isopropyl chloride（慣用名）

ハライドの分類

ハロゲンが結合した炭素の置換度によって分類します。

分類 構造 例 反応性の特徴
第1級（1°） RCH2X CH3CH2Br SN2 に有利
第2級（2°） R2CHX (CH3)2CHCl SN1・SN2 両方
第3級（3°） R3CX (CH3)3CBr SN1 に有利
アリル型 H2C=CH–CH2X CH2=CHCH2Br 共鳴で安定化されやすい
ビニル型 H2C=CX CH2=CHBr 置換反応に不活性
アリール型 Ar–X C6H5Br 置換反応に不活性（特殊条件要）
C–X 結合の極性
ハロゲンはいずれも炭素より電気陰性度が高いため、C–X 結合は Cδ+–Xδ– と分極しています。この結果、炭素は求電子的性質を持ち、求核剤の攻撃を受けやすくなります（第11章の SN 反応の基礎）。

10.2 アルカンからのアルキルハライド合成：ラジカルハロゲン化

アルカンを Cl2 または Br2 と混合し、紫外線（UV）照射下で反応させると、ラジカル置換反応（radical substitution）が進行します。

反応機構：開始・連鎖・停止の3段階

メタンの塩素化を例に機構を示します。

【開始ステップ（Initiation）】
Cl–Cl  →(hν)→  2 Cl•          ΔH = +242 kJ/mol

【連鎖ステップ（Propagation）—繰り返しサイクル】
ステップ1:  CH4  +  Cl•  →  •CH3  +  HCl     ΔH = +4 kJ/mol
ステップ2:  •CH3  +  Cl2  →  CH3Cl  +  Cl•    ΔH = –109 kJ/mol

【停止ステップ（Termination）—ラジカルの消費】
  •CH3  +  Cl•  →  CH3Cl
  Cl•  +  Cl•  →  Cl2
  •CH3  +  •CH3  →  CH3CH3

全体反応: CH4  +  Cl2  →  CH3Cl  +  HCl     ΔH = –105 kJ/mol
連鎖反応とは
1つの開始ステップで生じた Cl• が連鎖ステップを繰り返し、1000〜10000 サイクルも反応を継続します。これが「ラジカル連鎖反応（radical chain reaction）」と呼ばれる理由です。

ラジカルの反応性：1° < 2° < 3°

多くのアルカンでは複数種類の水素があるため、混合物が生じます。塩素化の場合：

水素の種類 塩素化での相対反応性 臭素化での相対反応性
第1級（primary, 1°） 1.0（基準） 1.0（基準）
第2級（secondary, 2°） 3.5 82
第3級（tertiary, 3°） 5.0 1640

この選択性はラジカルの安定性に由来します。C–H 結合解離エネルギー（BDE）が低いほど（3° < 2° < 1°）、ラジカルは安定で生成しやすくなります。

合成法としての限界
ラジカルハロゲン化は混合物を与えやすく、合成的有用性は低いです。ただし臭素化は塩素化より選択性が高く、単一の水素しか持たない化合物では有用な場合があります。

10.3 アルケンからのアルキルハライド合成：アリル臭素化

アルケンに対し、N-ブロモスクシンイミド（NBS）を CCl4 溶媒中・UV 照射下で作用させると、二重結合の隣（アリル位）で臭素置換が起きます。

シクロヘキセン  +  NBS  →(hν, CCl4)→  3-ブロモシクロヘキセン（85%）

       O   O
       ||  ||
NBS =  N–Br（N-ブロモスクシンイミド）
       |
       CH2–CH2

アリル臭素化の機構

ステップ1: Br• がアリル水素を引き抜く
  –CH2–CH=CH–  +  Br•  →  –CH•–CH=CH–  +  HBr
            アリルラジカル

ステップ2: HBr が NBS と反応して Br2 を生成
  HBr  +  NBS  →  Br2  +  スクシンイミド

ステップ3: Br2 がアリルラジカルと反応
  –CH•–CH=CH–  +  Br2  →  –CH(Br)–CH=CH–  +  Br•
なぜアリル位に選択的？
通常の C–H 結合（2° アルキル）の BDE は約 410 kJ/mol ですが、アリル C–H 結合は約 370 kJ/mol と弱い。これはアリルラジカルが共鳴安定化されるためです（次節で詳述）。
一方、ビニル C–H（465 kJ/mol）は最も強く、二重結合炭素での反応は起きません。

非対称アルケンでは混合物が生成

アリルラジカルの不対電子が両端に非局在化するため、1-オクテンの NBS 臭素化では3-ブロモ-1-オクテン（17%）と1-ブロモ-2-オクテン（83%）の混合物が生成します（立体的に有利な末端が主生成物）。

10.4 アリルラジカルの安定性：共鳴再訪

アリルラジカルが安定な理由は共鳴非局在化（resonance delocalization）にあります。

共鳴構造と共鳴混成体

  •CH2–CH=CH2  ↔  CH2=CH–CH2•

  ↑この2つの共鳴構造の混成体がアリルラジカルの真の姿

軌道の観点：
 • 中央炭素が sp2 混成 → 不対電子は p 軌道に入る
 • 左右の炭素の p 軌道とも等しく重なり合う
 • 不対電子は両端炭素に等確率で存在（spin density が均等）

ラジカルの安定性の序列（改訂版）

ラジカルの種類 安定性（低 → 高） C–H BDE (kJ/mol)
ビニル型（vinylic） 最も不安定 465
メチル型（methyl） ↓ 439
第1級（primary） ↓ 421
第2級（secondary） ↓ 410
第3級（tertiary） ↓ 400
アリル型（allylic） 最も安定（共鳴安定化） 370
ベンジルラジカルも同様に安定
トルエン（CH3–C6H5）のメチル基はベンジル位に相当し、生じるベンジルラジカルは芳香環との共鳴で安定化されます（ベンゼン環を含む5種類以上の共鳴構造）。NBS 臭素化はベンジル位でも有効です。

10.5 アルコールからのアルキルハライド合成

最も汎用的なアルキルハライド合成法はアルコールからの変換です。目的のハライドに応じていくつかの方法があります。

方法①：HX との反応

R–OH  +  HX  →  R–X  +  H2O

例：1-メチルシクロヘキサノール  +  HCl(g)  →  1-クロロ-1-メチルシクロヘキサン（90%）
  （エーテル中、0°C）
注意：HX 法は第3級アルコールに限定
第3級アルコールは炭素カチオン（SN1 機構）を経由するため、冷却下でも迅速に反応します。
第1・2級アルコールは反応が遅く、副反応（転位・脱離）が生じやすいため、別の試薬を使う方が安全です。

方法②：塩化チオニル（SOCl2）による塩素化

R–OH  +  SOCl2  →(ピリジン)→  R–Cl  +  SO2  +  HCl

例：ベンゾイン  +  SOCl2  →  クロロ体（86%）
  ※ ピリジンは副生 HCl を中和する塩基として使用

方法③：三臭化リン（PBr3）による臭素化

3 R–OH  +  PBr3  →  3 R–Br  +  H3PO3

例：2-ブタノール  +  PBr3  →  2-ブロモブタン（86%）

方法④：HF との反応（フッ素化）

シクロヘキサノール  +  HF（ピリジン中）→  フルオロシクロヘキサン（99%）
  ※ DAST（ジエチルアミノ硫黄三フッ化物）も使用可
SOCl₂

生成物：塩化物（R-Cl）
長所：1°・2°に最適、収率高い
副生成物：SO₂・HCl（気体で除去容易）

PBr₃

生成物：臭化物（R-Br）
長所：1°・2°に最適、転位少ない
副生成物：H₃PO₃

HX

生成物：Cl, Br, I 各ハライド
長所：操作が簡便
短所：3°のみ推奨（転位・副反応）

10.6 アルキルハライドの反応：Grignard 試薬

アルキルハライドとマグネシウム金属をエーテルまたは THF 中で反応させると、アルキルマグネシウムハライド（RMgX）が生成します。これをGrignard 試薬と呼びます（発見者 François Auguste Victor Grignard、1912年ノーベル化学賞受賞）。

R–X  +  Mg  →(エーテルまたは THF)→  R–Mg–X   （Grignard 試薬）

例: CH3CH2Br  +  Mg  →  CH3CH2MgBr   （エチルマグネシウムブロミド）
例: C6H5Br  +  Mg  →  C6H5MgBr    （フェニルマグネシウムブロミド）

使用できるハロゲン: Cl, Br, I（F は不活性）
対応する基質: アルキル, アルケニル（ビニル型）, アリール型ハライド

Grignard 試薬の性質：強塩基性かつ求核性

C–Mg 結合は Cδ––Mgδ+ と極性を持ち（マグネシウムの電気陰性度が炭素より低い）、炭素が求核的・塩基的な性質を示します。

性質 説明
カルバニオンとみなせる RMgX は炭素酸 R-H（pKa = 44〜60）の Mg 塩 → 非常に強い塩基
水分に弱い R–MgX + H2O → R–H + HO–MgX（プロトン化で分解）→ 無水条件必須
有機合成における役割 アルデヒド・ケトンへの付加（第17章）で C–C 結合を形成する重要な試薬 
例：1-ブロモヘキサン のGrignard 試薬調製後、水でクエンチするとヘキサンが得られる
CH3(CH2)4CH2Br  →(Mg, エーテル)→  CH3(CH2)4CH2MgBr
CH3(CH2)4CH2MgBr  +  H2O  →  CH3(CH2)4CH3（ヘキサン）+  HO–MgBr
Grignard 試薬を失活させる官能基
ヒドロキシ基（OH）、アミノ基（NH）、カルボン酸（COOH）など、活性水素を持つ官能基が分子内に存在すると、Grignard 試薬は分子内で自己プロトン化して分解します。例えば 4-ブロモ-1-ペンタノールから Grignard 試薬を作ることは困難です。

10.7 有機金属カップリング反応

アルキルリチウム試薬（RLi）

アルキルハライドとリチウム金属を反応させると、アルキルリチウム試薬が得られます。Grignard 試薬と同様に求核的・強塩基的です。

CH3CH2CH2CH2Br  +  2 Li  →  CH3CH2CH2CH2Li  +  LiBr
1-ブロモブタン                       ブチルリチウム

Gilman 試薬（ジオルガノ銅リチウム）

アルキルリチウムとヨウ化銅（I）（CuI）を反応させるとジオルガノ銅リチウム（LiR2Cu）が得られます。これをGilman 試薬と呼びます。

2 RLi  +  CuI  →(エーテル)→  LiR2Cu  +  LiI
                              Gilman 試薬

カップリング反応：
LiR2Cu  +  R'X  →  R–R'  +  RCu  +  LiX

例：Li(CH3)2Cu  +  CH3(CH2)8I  →  CH3(CH2)9CH3  +  LiI  +  CH3Cu
  ジメチルリチウム銅  1-ヨードデカン    ウンデカン（90%）

Gilman 試薬のカップリング反応はC–C 結合形成に有用で、アリル・ビニル・アリールハライドにも適用できます。合成香料であるムスカルール（ハエの性誘引物質）の合成にも使われています。

鈴木–宮浦（Suzuki-Miyaura）カップリング反応

アリールまたはビニルボロン酸 R-B(OH)2 とアリールまたはビニルハライド R’X を塩基・パラジウム触媒存在下で反応させると、ビアリール化合物（biaryl compound）が高収率で得られます。

ArBr  +  Ar'B(OH)2  →[Pd(PPh3)4、Na2CO3、THF]→  Ar–Ar'  +  ...（92%）

例：降圧薬 Valsartan（Diovan）合成の第1ステップ
  2-クロロベンゾニトリル  +  4-メチルベンゼンボロン酸
  →(Pd 触媒, K2CO3)→  2-(4-メチルフェニル)ベンゾニトリル

Suzuki-Miyaura 反応の機構（概略）

  1. 酸化的付加（oxidative addition）：Pd(0) が Ar–X 結合に挿入し、Ar–Pd(II)–X を形成
  2. トランスメタル化（transmetalation）：ボロン酸の Ar’ が Pd に移り、Ar–Pd(II)–Ar’ を形成
  3. 還元的脱離（reductive elimination）：Ar–Ar’ が生成し、Pd(0) が再生（触媒サイクル）
Gilman 試薬

適用基質：アルキル・ビニル・アリールX
長所：広い基質適用範囲
短所：化学量論量の Cu 必要

Suzuki-Miyaura

適用基質：アリール・ビニル系のみ
長所：触媒量の Pd、低毒性
短所：アルキル基には不向き

Grignard

適用基質：全ハライド
長所：C–C 結合の直接形成
短所：活性水素官能基に弱い

医薬品開発での Suzuki-Miyaura 反応
多くの医薬品が 2 つの芳香環をつないだビアリール構造を持ちます（降圧薬バルサルタン、抗生物質バンコマイシンなど）。Suzuki-Miyaura 反応は製薬産業で最も頻繁に使われるカップリング反応の一つです。

10.8 有機化学における酸化と還元

有機化学における酸化・還元の定義は無機化学と本質的には同じですが、より実用的な観点で扱います。

有機酸化・還元の定義

酸化（Oxidation）：
炭素の電子密度が 減少
・C–O、C–N、C–X 結合の 生成
・C–H 結合の 切断
|||
還元（Reduction）：
炭素の電子密度が 増加
・C–H 結合の 生成
・C–O、C–N、C–X 結合の 切断

酸化レベルの判定

同じ炭素数の化合物を比べる場合、「C–O・C–N・C–X 結合の数 – C–H 結合の数」で酸化レベルを数値化できます。

化合物 構造（炭素1個換算） 酸化レベル
アルカン CH3–CH3（C-H×3 each） 最低（最還元）
アルコール / アルキルハライド C–OH / C–X（C-O または C-X が1本） 中程度
アルデヒド / ケトン C=O（C-O が2本分） 高い
カルボン酸 COOH（C-O が3本分） さらに高い
CO2 C–O が4本 最高（最酸化）

具体例で確認

① CH4  +  Cl2  →  CH3Cl  +  HCl
   C–H が切断され C–Cl が生成  → 酸化

② CH3Cl  →(Mg, エーテル)→  CH3MgCl  →(H2O)→  CH4
   C–Cl が切断され C–H が生成  → 還元

③ CH2=CH2  +  Br2  →  BrCH2CH2Br
   C–Br 結合が2本生成  → 酸化

④ CH2=CH2  +  HBr  →  CH3CH2Br
   C–H と C–Br が1本ずつ生成  → 酸化でも還元でもない
プロパン系列での酸化レベル比較
同じ炭素数3の化合物で: プロパン（–8）< プロペン = 2-プロパノール（–6）< アセトン（–4）
アセトンは酸化レベルが–4 で、同じレベルの化合物に変換する反応は酸化でも還元でもありません。

まとめ：第10章の要点整理

第10章 有機ハロゲン化合物 まとめ

【命名】最長鎖を選び、ハロゲンに最小番号。複数のハロゲンはアルファベット順で列挙。

【ラジカルハロゲン化】開始・連鎖・停止の3ステップ。反応性の序列は 1° < 2° < 3°（ラジカル安定性に対応）。臭素化は塩素化より選択性が高い。合成的有用性は低い。

【NBS アリル臭素化】アリル位の C–H（BDE 370 kJ/mol）を選択的に臭素化。アリルラジカルの共鳴安定化が鍵。非対称アルケンでは混合物。

【アルコールからの合成】3° アルコール: HX。1°・2° アルコール: SOCl2（塩素化）または PBr3（臭素化）。フッ素化: HF-ピリジンまたは DAST。

【Grignard 試薬】R–X + Mg → R–MgX。カルバニオン性・強塩基性。水分から厳格に保護が必要。第17章で C–C 結合形成に応用。

【有機金属カップリング】Gilman 試薬（LiR2Cu）: アルキル・ビニル・アリールハライドへの適用可。Suzuki-Miyaura: ビアリール合成に最適（Pd 触媒、低毒性）。

【酸化・還元】C–O・C–N・C–X 生成または C–H 切断 = 酸化。C–H 生成または C–O・C–N・C–X 切断 = 還元。

第10章 → 第11章へのつながり

第10章ではアルキルハライドの合成法と Grignard 試薬を中心に学びました。次の第11章では、アルキルハライドが受ける求核置換反応（SN1・SN2）と脱離反応（E1・E2）を詳細に解説します。反応機構・立体化学・反応性の違い・競合関係など、有機化学の核心部分です。本章で学んだ「ハロゲンが Cδ+ を作る」という概念が、そのまま次章の基礎になります。

院試・国試のチェックリスト
• 1°・2°・3° ハライドから適切な合成法（SOCl2・PBr3・HX）を選択できるか
• ラジカルハロゲン化で生成する全モノ置換体を列挙し、生成比を計算できるか
• NBS アリル臭素化で生成する全生成物（位置異性体・幾何異性体）を予測できるか
• Gilman 試薬を使って目的のアルカンを合成する逆合成解析ができるか
• 与えられた反応が酸化・還元・いずれでもない、を正しく判定できるか