[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. 単結合を極める
  2. 顕微鏡で有機化合物のカタチを決める!
  3. 事故を未然に防ごう~確認しておきたい心構えと対策~
  4. 3Dプリンタとシェールガスとポリ乳酸と
  5. 無機材料ーChemical Times 特集より
  6. 分子標的の化学1「2012年ノーベル化学賞GPCRを導いた親和ク…
  7. 有機化合物のスペクトルデータベース SpectraBase
  8. アメリカで Ph.D. を取る -Visiting Weeken…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 直接クプラート化によるフルオロアルキル銅錯体の形成と応用
  2. 2017年の有機ELディスプレイ世界市場は11年比6.6倍の2兆186億円。
  3. リガンド指向性化学を用いたGABAA受容体の新規創薬探索法の開発
  4. テストには書けない? カルボキシル化反応の話
  5. 自宅での仕事に飽きたらプレゼン動画を見よう
  6. ワッカー酸化 Wacker oxidation
  7. 東北地方太平洋沖地震に募金してみませんか。
  8. ユニークな名前を持つ配位子
  9. 「株式会社未来創薬研究所」を設立
  10. 「科学者の科学離れ」ってなんだろう?

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

注目情報

最新記事

SNS予想で盛り上がれ!2022年ノーベル化学賞は誰の手に?

さてことしも9月半ば、ノーベル賞シーズンが到来します!化学賞は日本時間 10月5日(水) 18時45…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける予測モデルの解釈性を上げるには?

開催日:2022/09/28 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

クラリベイト・アナリティクスが「引用栄誉賞2022」を発表!

ノーベル賞発表時期が近づき、例年同様、クラリベイト・アナリティクス社から2022年の引用栄誉賞が発表…

「つける」と「はがす」の新技術|分子接合と表面制御 R4

開講期間令和4(2022)年  9月28日(水)、29日(木)(計2日間)募集人員15名…

ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2022年版】

各媒体からかき集めた情報を元に、「未来にノーベル化学賞の受賞確率がある、存命化学者」をリストアップし…

第31回Vシンポ「精密有機構造解析」を開催します!

こんにちは、今回第31回Vシンポの運営&司会を務めさせていただくMacyです、よろしくお願い…

理化学機器のリユースマーケット「ZAI」

不要になった理化学機器どうしていますか?大学だと資産や予算上の関係でなかなか処分に困るところ…

『主鎖むき出し』の芳香族ポリマーの合成に成功 ~長年の難溶性問題を解決~

第420回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院理学研究科理学専攻 物質・生命化学領域 有機化…

研究費総額100万円!30年後のミライをつくる若手研究者を募集します【academist】

みなさんの隣の研究室では、どのような研究者が、何の研究を進めているかご存知でしょうか。隣の研究室なら…

イグノーベル賞2022が発表:化学賞は無かったけどユニークな研究が盛りだくさん

今年もノーベル賞の季節がやってきました。今年の受賞者の予想に一部ではすでに盛り上がりを見せていますが…

Chem-Station Twitter

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