[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

パラジウムが要らない鈴木カップリング反応!?

[スポンサーリンク]

有機合成化学の分野では、無数の触媒反応が報告されています。しかし触媒量の範囲はというと、結構あいまいである気がします。触媒量は少ないにこしたことはないんですが、いったいどこまで減らすことができるのでしょう?

今回はそれに関連するお話、特に鈴木カップリング反応に関する話題を紹介します。

鈴木-宮浦クロスカップリングについて

 1981年、鈴木・宮浦らはパラジウム触媒と塩基の存在下、フェニルボロン酸と臭化ア リールからビアリール化合物が高収率で得られることを報告しました1)。ビアリール系芳香族化合物は、生物活性物質・医薬品・液晶などの機能性材料、および 超分子化合物などの炭素骨格を成す重要な化合物です。これを極めて簡単に合成できる鈴木カップリング反応は多方面で利用されています。実際、企業化されているパラジウムクロスカップリングのうち、半分以上が鈴木カップリングであるという実績があるそうです。

suzuki_coupling

 メカニズム(触媒サイクル)を下 に示します。鈴木カップリングの進行には遷移金属触媒、特にパラジウムの存在が不可欠であると考えられてきました。

suzuki_catcycle

しかしながら2003年、下記の通り遷移金属触媒の添加を必要としない鈴木カップリング反応が報告されたのです!2), 3)

反応条件は四級アンモニウム塩TBAB (tetrabutylammonium bromide)を添加剤に、溶媒は水、塩基には炭酸ナトリウム、マイクロウエーブ(μw)照射です。

反応系に遷移金属が混入していないことを示すために、著者らは様々な証拠集めをしています。新しいガラス容器の使用、純粋な反応剤の使用はもちろん、反応系にもICP-AESを用いた微量元素分析を行い、Pdが検出限界(0.1 ppm)以下であること、他の金属元素(鈴木カップリングに触媒活性を示す報告のあるNi, Pt, Cu, Ruなど)に関しても1 ppm以下であることを確かめています。

パラジウム金属は高価ですし、製造物の医薬などに残留すると都合が悪いことがあるため、使用しないならそれに越したことはありません。この条件の研究が更に進めば、至上のクロスカップリング反応が出来上がるのでは?と考えられたわけです。

 

しかし事態は思わぬ展開を見せます。2005年になってその修正版ともいえる論文が同じ著者から報告されたのです5)

オチを始めに言ってしまいますと、塩基として用いていた炭酸ナトリウム(Na2CO3)に極微量のPdが含まれていたというのです。その量なんと20~50 ppbレベル

これは著者らが以前に使用した分析法の数100~数1000倍の検出感度を誇る、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)を利用したことでわかりました。ppbは10億分の1、0.0000001%を意味しています。

果たしてどういうい経緯で「20~50 ppbしかないパラジウムが生成物の収率に影響している」という結論に至ったのでしょうか?

上で述べた「パラジウムの要らない」反応条件では、炭酸ナトリウムを塩基として使っていました。しかし炭酸ナトリウム以外の塩基(炭酸カリウム)を試してみたところ、低収率に留まりました。用いた塩基を超純水に溶かし反応系と同じ濃度に調製した後、Pd濃度を測定しました。炭酸ナトリウム(Na2CO3)溶液ではPd濃度が20~50 ppbであったのに対し、炭酸カリウム(K2CO3)ではPd濃度は0.09 ppbでした。一方で炭酸カリウムに酢酸パラジウムを100ppb加えると、収率の大きな向上が見られました。

こうして塩基として用いた炭酸ナトリウム中の50 ppbレベルのPd濃度が触媒として働き、生成物の収率に影響していることがわかったわけです。

結局のところはパラジウムが触媒として働いていたというオチなのですが、Pd触媒=0.0000008 mol%, TON = 1,250,000という驚くべき効率を誇る触媒系ということはできると思います。

(2005.5.30. ホットケーキ)
(※本記事は2005年に執筆された記事を「つぶやき」に移行したものです)

参考文献

1) N. Miyaura, T. Yanagi, A. Suzuki, Synth. Commun.,1981 11, 513.

2) Leadbeater, N.E.; Marco, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 1407
3) Leadbeater, N.E.; Marco, M. J. Org. Chem. 2003, 68, 5660
4) 柳田 祥三, 松村 竹子 化学を変えるマイクロ波熱触媒 化学同人 (2004)
5) Riina K. Arvela, Nicholas E. Leadbeater, Michael S Sangi, Victoria A. Williams, Patricia Granados, and Robert D. Singer. J. Org. Chem. 2005, 70, 161-168
6) 有機合成化学協会誌 第56巻第8号 (1998) p632
7) Kazuhiko Takai, Tadahiro Kakiuchi, Yasutaka Kataoka, Kiitiro Utimoto. J. Org. Chem. 1994, 59, 2668-2670

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. ケミカル・ライトの作り方
  2. 2015年化学生物総合管理学会春季討論集会
  3. 有機合成化学協会誌2018年5月号:天然物化学特集号
  4. ポンコツ博士の海外奮闘録 外伝① 〜調剤薬局18時〜
  5. 一人三役のリンイリドを駆使した連続光触媒反応の開発
  6. 芳香族カルボン酸をHAT触媒に応用する
  7. 岸義人先生来学
  8. 放線菌が生産するアベナルミ酸生合成において、ジアゾ化とヒドリド転…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. ブンテ塩~無臭の含硫黄ビルディングブロック~
  2. アレルギー体に抑制力:岐阜薬科大学長ら発見
  3. 2016年2月の注目化学書籍
  4. 不斉ストレッカー反応 Asymmetric Strecker Reaction
  5. 【25卒 化学業界企業合同説明会 8/29(火)・30(水)・9/5(火)・6(水) Zoomウェビナー開催!】化学系学生のための就活
  6. ポール・アリヴィサトス Paul Alivisatos
  7. 中山商事のWebサイトがリニューアル ~キャラクターが光る科学の総合専門商社~
  8. 第118回―「糖鎖のケミカルバイオロジーを追究する」Carolyn Bertozzi教授
  9. 硫黄 Sulfurーニンニク、タマネギから加硫剤まで
  10. 大村智 ー2億人を病魔から守った化学者

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2005年5月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

最新記事

【書評】スキルアップ有機化学 しっかり身につく基礎の基礎

東京化学同人より 2024 年 2 月 16 日に刊行された、「スキルアップ有機…

“逆転の発想”で世界最高のプロトン伝導度を示す新物質を発見

第594回のスポットライトリサーチは、東京工業大学 理学院 化学系 八島研究室の齊藤 馨(さいとう …

第17回日本化学連合シンポジウム「防災と化学」

開催趣旨能登半島地震で罹災された方々に、心からお見舞い申し上げます。自然災害、疾病、火災、事…

溶液中での安定性と反応性を両立した金ナノ粒子触媒の開発

第593回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院工学系研究科(山口研究室)博士後期課程3年の夏 …

DeuNet (重水素化ネットワーク)

Deunet とは?重水素化ネットワーク (The Duteration Network, De…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける分子生成の応用 ー新しい天然有機化合物の生成を目指すー

開催日 2024/2/21 申し込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

有機合成化学協会誌2024年2月号:タンデムボラFriedel-Crafts反応・炭素-フッ素結合活性化・セリウム錯体・コバルト-炭素結合・ホスホロアミダイト法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年2月号がオンライン公開されています。…

有機合成にさようなら!“混ぜるだけ”蛍光プローブ3秒間クッキング

第592回のスポットライトリサーチは、香港科技大学(Ben Zhong Tang研)の清川慎介さん(…

北九州における化学企業の盛んな生産活動

AGCは、このたび北九州事業所において、グリーン水素製造に適したフッ素系イオン交換膜の製造設備新…

【Q&Aシリーズ❷ 技術者・事業担当者向け】 マイクロ波による焼成・乾燥プロセス

<内容>※本セミナーは、技術者および事業担当者向けです。全3回にわたり、ガス…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP