みなさんこんにちは。?今回は我が家の薬品棚に2年半眠り続けていたフェニルヒドラジン塩酸塩をいい加減処理したいのでせっかくなら全量50g使って大スケールのFischerインドール化でもやるかと思い立ってフェニルヒドラジンといえばインドール、インドールといえばスカトール。スカトールといえばそう「うんこ」なんです。フェニルヒドラジンにぶっちゃけうんこを作る以外の用途はあるのでしょうか。最近試薬としてプロピオンアルデヒドも買ったので2020年夏の長編実験記事より遥かに簡単にスカトールを合成できます。というわけでやっていきましょう。まず復習から。
●スカトールについて
名前からお察しの通り「うんこ」の匂いとしても有名です。高濃度であれば大便臭(チオールと混ぜると最悪)ですが、低濃度だとジャスミンやオレンジの香りにもなります。何故うんこにスカトールが入っているかというと腸内細菌の働きでアミノ酸の一つであるトリプトファンが代謝されるからです。トリプトファンもインドール骨格を有しています。
合成の目的としては単純に悪臭物質を作って他人、特に大学の同期と教授に嗅がせてみたいからです。それでは早速どのような経路で合成していくか説明します。 ※この記事はいつもの事ながら説明に便宜上めちゃくちゃ専門用語やら構造式を使います。化学が得意な高校生?理系大学生を対象に書くので、有機化学が1mmもわからん人は「ふーん」程度に流しても大丈夫です。化学に少しでも興味のある人は用語を一つ一つ調べてみると理解に繋がり、さらに面白く感じるかもしれません。
●合成方法について
今回合成するスカトールはもろインドールなのでFischerインドール合成を利用します。Fischerインドール合成は酸触媒存在下でフェニルヒドラジンとアルデヒドを反応させることでインドール骨格を形成させるものです。
原料としてフェニルヒドラジンとアルデヒドが必要です。アルデヒドに関してスカトール合成にはプロピオンアルデヒドを使います。
反応機構は以下です。結構複雑ですので順を追っていきます。
まずプロトン化したアルデヒドのカルボニル基にフェニルヒドラジンの窒素が求核付加します。生成したヒドロキシ基はさらにプロトン化を受け、窒素から孤立電子対を流されて水として脱離、窒素からプロトンが脱離してヒドラゾンが生成します。ヒドラゾンのイミノ基の窒素は再度プロトン化され、互変異性によってエナミンが生成した後[3,3]-シグマトロピー転位という反応が起こり結合の位置が変化します。このときベンゼン環はσ結合形成に電子を差し出してるので芳香族性を失います。芳香族性を再生させるためプロトンを切り離し、芳香環直結の窒素がプロトンを受け取り、この窒素がイミノ基に求核付加します。生成した第一級アミノ基は隣の窒素からプロトンを引き抜き、アンモニアとして脱離し、最後に多置換オレフィンの方が安定なのでヒドリドシフトしてインドールが形成されます。
●実験
※注意 フェニルヒドラジンは皮膚粘膜刺激性と発癌性を有します。プロピオンアルデヒド、N,N‐ジメチルホルムアミド、硫酸は皮膚粘膜刺激性を有します。エタノール、2‐プロパノールは麻酔性と引火性を有します。ジクロロメタンは麻酔性と皮膚毒性を有します。いずれの試薬も薬傷、失明の危険性があり、重篤な事故につながる恐れがあります。安易な真似は控えてください。実験者は白衣、保護眼鏡、手袋を着用し、必要に応じて局所排気設備を使用しています。
～材料～
・フェニルヒドラジン塩酸塩
・プロピオンアルデヒド
・硫酸
・N,N‐ジメチルホルムアミド
・クロロホルム
・水酸化ナトリウム
～器具・装置～
・500mLナスフラスコ
・メスシリンダー
・分液漏斗
・塩化カルシウム管
・ビーカー、フラスコ等
・マグネチックスターラー
・ロータリーエバポレーター
・ドラフトチャンバー
① 水酸化ナトリウム20gに水150mL加える。
② フェニルヒドラジン塩酸塩50gを加えて弱塩基遊離を起こす。
③ クロロホルム50mL×2で抽出する。
④ 溶液をロータリーエバポレーターで濃縮する。
⑤ 得られたフェニルヒドラジン29.95gと溶媒のN,N-ジメチルホルムアミド200mLとプロピオンアルデヒド30mLをフラスコに入れて室温で30分ほど攪拌する。
⑥ オイルバスで110度で3時間加熱する。
⑦ 室温で放冷すると結晶が析出する。吸引ろ過で回収する。
⑧ 熱ヘキサンで洗浄する。スカトールが得られた。
2年半前のベンゼンからの全合成とは大違いですね、一気に目的物が析出してきました。work-upも楽で非常にありがたい反面めちゃくちゃ臭い。ふざけんなよってくらい臭い。直接嗅ぐと案外高濃度で麻痺するのか臭くさいんですけど残り香があまりにも公衆便所すぎて実験室がバカになりました。うんこ作ってたら親にもなんか怒られたし。それではさよなラジカル。
えざお
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