化学
高校生

操作D.A.Eの順番についてなのですがなぜそのようになるのかが分からないです。酸化と還元の順番を逆にしたり、この問題では不可ですが酸化、エステル化、還元の順番で反応を起こしてはいけないのでしょうか。
教えて頂きたいです。よろしくお願いいたします。

ベンゾカイン (局所麻酔剤)の合成 トルエンに操作 C を行うと, 主要な生成物として異性体の関係にある2種類の化合物と3 られる。 化合物4の分子量は227であり, 元素分析を行ったところ, 炭素 37.01%, 水素 2.22%, が生成する。 さらに温度を上げて長時間反応を続けると, 爆薬として用いられる化合物が得 窒素 18.50% であった。 分離精製した化合物を原料に用いて, ベンゾカインの合成を行った。 化合物2に操作 D を行うと化合物5が得られ,化合物5に操作を行うと化合物が得られる。 化合物に操 作を行うとベンゾカインが得られる。 Ci 10 16 操作 C 操作 C -CH 化合物2+化合物 化合物 4 長時間 分離精製 操作 D 操作 A 操作 E 化合物2 → 化合物 5 化合物 6 coun NO< 0217 →H2N- -COOCHCH ベンゾカイン 問5 化合物 アセトフェネチジンの構造式にならって記せ。 操作に当する操作を下記の【操作】から選び、番号を記せ。 問7 下線部(a), (b)で示された反応名を記せ。 【操作群】 (1) 水酸化ナトリウム水溶液を加えて温める。 (2) エタノール溶液にして, 少量の濃硫酸を加えて温める (3) 無水酢酸を加えて加熱する。 (4) 過マンガン酸カリウム水溶液を加えて加熱し、その後、酸性にする。 5℃以下に冷やしながら塩酸酸性にして、亜硝酸ナトリウム水溶液を加える (6) ナトリウムフェノキシドの水溶液を加える。 (7)希塩酸を加えて温める。 (8) 塩化鉄(Ⅲ) 水溶液を加える。 (9) スズと塩酸を加えて加熱し,その後,塩基性にする。 (10)濃硝酸と濃硫酸の混合物を加えて加熱する。 (1) 臭素と鉄粉を加える。 (12) 濃硫酸を加えて加熱する。
CH3 CH3 oth → NO₂ Cool 3 ← NO 2 CH3 NO2 NO₂ カンゲン NH サンカ NO2 NH2 NO2 エステル化 000 CH2CH3

回答

なぜ「酸化 → 還元 → エステル化」なのか?
① 酸化を最初に行う理由
p-ニトロトルエンの –CH₃ は比較的酸化しやすいので、酸化剤(KMnO₄やHNO₃など)を使っても、–NO₂基は酸化に強く安定なのでそのまま残る。よって、–CH₃ → –COOH の変換は 選択的に可能。

② その後に還元
次に –NO₂ → –NH₂ の還元は、還元剤(Fe/HCl, Sn/HClなど)で行う
この時点では、–COOH は還元されにくいので選択的にアミノ基が得られる。

③ 最後にエステル化
得られた p-アミノ安息香酸(–NH₂, –COOH)をエタノールと酸でエステル化してベンゾカインを得る。

❌なぜ「還元 → 酸化」がダメ?
仮に最初に –NO₂ → –NH₂ を還元したとすると、
アミノ基(–NH₂)は酸化に弱い。
その後に酸化を試みると、アミノ基が酸化されて分解・副反応が起きる。つまり、–NH₂が酸化条件に耐えられないためダメ。

❌なぜ「酸化 → エステル化 → 還元」がダメ?
仮にこの順でやると、酸化で –CH₃ → –COOH
そしてエステル化で –COOH → –COOEt(エステル)

その後に還元を行うと、エステル基も還元条件に弱い。
Fe/HCl や Sn/HCl などの還元条件では、–COOEt が加水分解されたり、部分的に還元されることもある。ベンゼン環の他の部位も影響を受け、副反応が増える可能性がある。エステルは還元条件にそれほど安定ではないため、このあとから還元は不利。

だから、酸化→還元→エステル化となる。
要するに、他の物質や副産物を減らし目的の物質をたくさん生成させることが大事だから、順番を変えると、目的のベンゾカインが得られないか、収量が減ったり、余計な物質が多いと分離させる手間がかかる。それを減らす順である。

以下補足
ベンゾカインのエステル化は、濃硫酸を少量加えるが、
–NH₃+を–NH₂にするために塩基性にする。
還元時は、強塩基を使い弱塩基遊離させるのが普通だが、-COOHが反応して塩になるため、(9)の塩基性は弱塩基(または中性)で行う🙇

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