A045 — 光延反応（Mitsunobu 反応）— 立体反転エステル化

この反応の出発物質には、トリフェニルホスフィン（PPh₃）のリン原子、ジエチルアゾジカルボキシレート（DEAD）のアゾ基（N=N）、安息香酸のカルボキシル基（O-H）、そして(S)-乳酸エチルのアルコール性ヒドロキシル基（O-H）が注目すべき官能基/原子として存在します。

PPh₃のリン原子は孤立電子対を持つため、電子を与える優れた求核剤（電子を受け取りたがっている原子や分子に結合する種）として振る舞います。DEADのアゾ基は、隣接する電子吸引基（電子を引きつける原子団）であるエステル基によってπ電子が引きつけられ、求核剤の攻撃を受けやすい求電子剤（電子対を受け入れる種）として活性化されています。また、安息香酸のO-Hは、アルコールのO-H（pKa約16）よりもはるかに酸性度（pKa約4）が高いため、系中で最も容易にプロトン（H⁺）を放出します。ベタインの負電荷を帯びたN原子は、プロトンを受け入れる塩基として機能します。さらに、アルコールの酸素がPに結合して生じる中間体のリン原子は正電荷を帯びており、強い求電子性を持つため、さらに求核攻撃を受けやすくなります。 [出典: 5章 p5]

この反応では、アルコールのヒドロキシル基（OH）が、最終的にPh₃P=Oとして安定に脱離する、非常に優れた脱離基（分子から離れていく原子や原子団）であるホスホニウム基（P⁺Ph₃）に変換されることが鍵となります。この変換により、アルコールの炭素原子は求核剤からの攻撃を強く受けやすくなります。

まず、トリフェニルホスフィン（PPh₃）のリン原子の孤立電子対が、ジエチルアゾジカルボキシレート（DEAD）のアゾ基（N=N）のδ⁺の窒素原子に求核攻撃を仕掛けます。これによりP-N結合が形成され、同時にN=Nのπ電子対がもう一方の窒素原子に移動して、双性イオン（同一分子内に正電荷と負電荷が共存する中間体）であるベタインが生成します。次に、生成したベタインの負電荷を持つ窒素原子が塩基として、安息香酸のO-H結合のプロトンを引き抜きます。これにより安息香酸はカルボキシレート（カルボン酸からプロトンが脱離して生じた陰イオン）となり、求核剤として準備が整います。その後、アルコール（(S)-乳酸エチル）の酸素原子の孤立電子対が、ベタイン中の正電荷を持つリン原子を攻撃し、O-P結合を形成します。この結合形成と同時に、DEAD由来のN-N結合が切断され、DEAD-H₂として脱離し、アルコキシホスホニウム中間体が生成します。最後に、準備されたカルボキシレートの酸素原子の孤立電子対が、アルコキシホスホニウム中間体のC-O(P⁺Ph₃)結合を持つ炭素原子を、結合している脱離基の背面からSN2機構（求核剤が反応中心の背面から攻撃し、脱離基が前方から離脱する置換反応の形式）で攻撃します。これにより新しいC-O（エステル）結合が形成され、同時にO-P結合が切れてPh₃P=O（トリフェニルホスフィンオキシド）が脱離し、目的のエステルが生成します。このSN2背面攻撃の結果、炭素原子の立体配置は完全に反転します。

これらの段階を経て、出発物質の(S)-乳酸エチルアルコールの立体配置が反転した、(R)-安息香酸乳酸エチルエステルが最終生成物として得られます。