N-ブロモスクシンイミド(NBS)による臭素化（ウォール・チーグラー反応、アルケンの臭素化、アリル位の臭素化） |

概要
反応機構
近年における使用例
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概要

N-ブロモスクシンイミド（NBS）はアルケン、アリル位、ベンジル位、芳香族の臭素化に使用される代表的な試薬である。

特に、NBSとラジカル開始剤を用いてアリル位、ベンジル位を臭素化する反応は、ウォール・チーグラー(Wohl-Ziegler)反応として広く知られている。

反応機構

NBSによる臭素化の反応機構は、次のように考えられる。

①アルケンの臭素化

まず、NBSのBr原子が求電子剤として作用し、ブロモニウムイオンである中間体Aが生成する。

※この時、Br原子が求電子剤として作用するのは、NBSのN原子が電子求引性のカルボニル基に隣接しているため、Br原子が正に分極しているためである。

※NBSは極性溶媒中では求電子的臭素化剤（カチオン性臭素源）として働く。一方、非極性溶媒中では②、③で後述するようにラジカル的臭素化剤（臭素ラジカル源）として働く。

次に、求核剤（Nu）が、ブロモニウムイオンの背面側から攻撃するとともに、窒素がプロトンを受け取り、目的の臭化アルキルとスクシンイミドが生成する。

※中間体Aへの求核攻撃により、攻撃される炭素原子は部分的に正に帯電する（緩いS_N2遷移状態を経て反応が進行する）。カルボカチオンの安定性は1級＜2級＜3級のため、求核剤は置換基の多い側に攻撃することとなる。

②アリル位の臭素化

まず、NBS中に極微量含まれているH-BrとNBSの反応により系中で生じたBr₂に対して、ラジカル開始剤（AIBN、BPOなど）から生じた炭素ラジカルが反応することで、Brラジカルが生成する。

このBrラジカルが、アリル位のプロトンを引き抜き、アリルラジカルとHBrが生成する。

※アリルラジカルは共鳴構造を持つため安定→アリル位が優先的にラジカルとなる

次に、HBrのBr原子がNBSのBr原子に求核攻撃し、臭素が生成する。（NBSのBr原子が、電子求引性のカルボニル基により正に分極しているため）

この臭素がアリルラジカルと反応することで、目的の臭化アルキルが生成するとともに、Brラジカルが再生し、反応が連鎖的に進行する。

※NBSから少しずつBr₂が発生することにより、系中のBr₂濃度が低く保たれることが選択的な臭素化の鍵である。

③ベンジル位の臭素化

②と同様の機構で反応が進行する
ベンジル位がラジカルとなるのは、アリルラジカル同様、共鳴構造によって安定化されるためである。

※②、③の反応は、ウォール・チーグラー反応として広く知られている。

近年における使用例

①

原料 5.97 g (28.4 mmol)、AIBN 93 mg (0.57 mmol)、NBS 5.11g (28.7 mmol)をシクロヘキサン 60 mLに入れ、90 ℃で5時間加熱した。加熱後の溶液を室温まで冷やし、水 50 mLでクエンチした。その後、水層をMTBE (メチル tert-ブチルエーテル、50 mL ×3)で抽出し、有機層を集めてbrineで洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水した。その後、減圧して溶媒を留去し、カラムで精製して目的物を73% (20.7 mmol)の収率で得た。

※AIBNはラジカル開始剤として加えられている

②

原料 6.6 g (30 mmol) を0 ℃のエタノール120 mLに溶解させたものを、NBS 5.4 g (30 mmol)に注ぎ、室温になるまで45分撹拌した。得られたクルードを酢酸エチルで希釈し、10% チオ硫酸ナトリウム溶液で洗浄し、続いて飽和炭酸カリウム溶液で洗浄した。その後、硫酸ナトリウムで有機層を脱水し、溶媒を留去することで、目的物のクルードを97%の収率で得た。

③

ジクロロメタン 2 mLに溶解させた原料 128 mg (0.417 mmol) を2,6-ルチジン 96 μL (0.834 mmol)に加えた。混合物を0 ℃に冷却した後、NBS 79.9 mg (0.449 mmol)を加えて、0 ℃で10分撹拌した。撹拌後、炭酸水素ナトリウム溶液 1 mLと飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液 1 mLでクエンチし、室温で30分撹拌した。分層後、水層をジエチルエーテル (2 mL ×3)で抽出し、有機層を集めて硫酸マグネシウムで脱水した。その後、溶媒を留去したものをカラムで精製し、目的物を80% (0.335 mmol)の収率で得た。

※反応は、ブロモニウムイオン中間体生成→O原子が二重結合を作り、ブロモニウムイオン環が開環→2,6-ルチジンがプロトンを受け取り、C=C二重結合が生成、の順で進んでいると思われる