合成レシピ

はじめに

チオケトンは、ケトンのカルボニル基（C=O）をチオカルボニル基（C=S）に変換することで得られる化合物である。

チオケトンは有機合成において重要な役割を持ち、その特異な反応性から、多様な化合物の前駆体として利用される。

本記事では、一般的なチオケトンの合成方法として用いられる二種類の試薬、P4S10（またはP2S5）とLawesson試薬について、その特徴と合成手順、ならびに注意点を詳述する。

チオケトン合成に用いられる試薬の比較

P4S10（四硫化四リン）について

P4S10（またはP2S5と表記されることもある）は、チオカルボニル化反応に広く用いられる試薬である。P4S10は安価でアトムエコノミーの観点からも優れており、チオケトンの合成においてコスト面での利点がある。しかし、反応には多量の試薬が必要であるため、過剰量のP4S10を使用する必要があり、その結果として生成物の分離が難しくなる場合もある。

Lawesson試薬について

Lawesson試薬（2.4ービス（4-メトキシフェニル）-1,3-ジチア-2,4-ジホスフェタン-2,4ージスルフィド）は、少量で反応が完結するため、過剰量を必要とするP4S10よりも取り扱いが容易である。

また、反応性が高く、チオケトンの合成において効率的に利用できる。しかし、Lawesson試薬は臭気が強く、取り扱いには細心の注意が求められる。

悪臭と貴金属触媒への影響

いずれの試薬も硫黄を含むため、反応中および反応後の処理には悪臭が伴う。また、これらの硫黄系試薬は実験室において存在する貴金属触媒（特に水素化触媒）を徐々に不活性化させるリスクがある。

そのため、貴金属触媒が必要な反応を行う研究室では、これらの試薬の取り扱いには注意が必要であり、保管には密閉容器の使用が推奨される。

チオケトン合成の実験手順

以下に、Lawesson試薬を用いた具体的なチオケトン合成手順を示す。

実験材料

  • ケトン：1.00 g（3.17 mmol）
  • Lawesson試薬：3.85 g（9.52 mmol、2.4倍モル）
  • トルエン：80 mL

実験手順

1. 試薬の溶解

ケトン1.00 g（3.17 mmol）およびLawesson試薬3.85 g（9.52 mmol）をトルエン80 mLに溶解する。Lawesson試薬の添加量はケトンに対して約2.4倍のモル比である。

2. 加熱と反応

この溶液を還流装置下で12時間加熱する。還流によって温度が安定するため、効率よくチオケトン化が進行する。反応中は臭気が発生するため、ドラフト内での操作が推奨される。

3. 反応終了後の冷却

12時間の還流反応が終了したら、反応液を室温まで冷却する。冷却を迅速に行うことで、生成物の分解や副反応を防ぐことができる。

4. 反応混合物の精製

反応混合物はシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製する。移動相としてヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒（3:1）を使用し、目的生成物であるチオケトンを分離する。このときも悪臭が発生するため、ドラフト内での操作が望ましい。

5. チオケトンの結晶化

精製されたチオケトンをヘキサンから再結晶させることで、オレンジ色の結晶として得ることができる。収量は0.86 g、収率82%である。

実験上の注意点

ドラフト内での操作

P4S10およびLawesson試薬のいずれも強い悪臭を放つため、ドラフト内での操作が必須である。ドラフトの吸引能力が不十分な場合、臭気が実験室外に拡散し、隣接する研究室や異なるフロアにまで影響を及ぼすことがある。

保管における貴金属触媒への影響

硫黄系試薬は近くに保管している貴金属触媒を不活性化する恐れがある。特に水素化触媒の劣化が問題となり、発見時にはすでに触媒が使用不能になっている場合が多い。

そのため、これらの試薬の保管は密閉容器内で行い、貴金属触媒から離して保管することが推奨される。

練習問題と解答

以下に、チオケトン合成に関する練習問題を示す。

問題1

Lawesson試薬を用いたチオケトン合成において、ケトン1.5 g（4.75 mmol）を使用した場合、必要なLawesson試薬の質量を計算せよ（ケトンに対して2.4倍モルとする）。

解答：
4.75 mmol x 2.4 = 11.4 mmol
Lawesson試薬の分子量は約404.5 g/molなので、
必要な質量 = 11.4 mmol x 404.5 mg/mmol = 4.61 g

問題2

P4S10を使用したチオケトン合成において、なぜLawesson試薬に比べて大過剰量が必要となるのか説明せよ。

解答：
P4S10は反応効率がLawesson試薬に比べて低く、反応を完結させるためには多量の試薬が必要であるためである。

問題3

チオケトン合成反応におけるドラフトの役割について説明せよ。

解答：
ドラフトは反応中に発生する悪臭を外部へ拡散させないための装置である。硫黄含有試薬の臭気は強いため、ドラフトを使用することで安全かつ快適に実験を行うことができる。

問題4

Lawesson試薬とP4S10の選択において、コストとアトムエコノミーの観点から適切な選択はどちらか説明せよ。

解答：
P4S10はコストが低く、アトムエコノミーにも優れているため、コスト面での利点がある。一方でLawesson試薬は少量で反応が完結するため、取り扱いやすさが優れている。

問題5

チオケトン合成において生成物をクロマトグラフィーで精製する理由を説明せよ。

解答：
クロマトグラフィーにより生成物と副生成物を分離し、目的の純度を確保するためである。