[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

斬新な官能基変換を可能にするパラジウム触媒

[スポンサーリンク]

パラジウムを用いるクロスカップリング反応の触媒化学は原初報告が成されてから、既に40年が経とうとしています。

にもかかわらずこの化学は、いまだ有機合成でのホットトピックであり続けており、その発展の勢いは留まるところを知りません。

今回は、そんなパラジウム触媒を用いた、最新鋭の官能基変換をご紹介しましょう。

アリールハライドからアニリンへ

novel_fgconversion_crosscp_6.gif

Palladium-Catalyzed Coupling of Ammonia and Lithium Amide with Aryl Halides
Shen, Q.; Hartwig, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10028. DOI: 10.1021/ja064005t

安価なアンモニアを窒素源とし、保護体を経ずにダイレクトにアニリン誘導体が合成可能です。しかし強塩基が等量必要となってしまう欠点が。もう少し条件が緩めだと嬉しいかな・・・
(訂正:スキームの反応温度は800ではなく80℃です)

アリールハライドからフェノールへ

novel_fgconversion_crosscp_5.gif

The Selective Reaction of Aryl Halides with KOH:  Synthesis of Phenols, Aromatic Ethers, and Benzofurans.
Anderson, K. W.; Ikawa, T.; Tundel, R. E.; Buchwald, S. L. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10694. DOI: 10.1021/ja0639719

穏和な条件下行えるクロスカップリング触媒にてフェノールを合成するには、Buchwald-Hartwig条件にてエーテル(保護フェノール)を得てから脱保護するか、宮浦ホウ素化→酸化プロセスによって合成するしかありませんでした。いずれも多段階変換が必要となります。
しかし水酸化物無機塩とのクロスカップリングを進行させる条件の開発によって、ダイレクトにフェノールの合成が可能になりました。
配位子選択とともに重要なのは塩基のチョイス。水酸化カリウムを用いることが本反応のカギとなっています。たとえばホスフェートやカーボネート系塩基を用いた場合には、ジアリールエーテル生成が優先してしまいます。

アリールフッ素化合物の合成

novel_fgconversion_crosscp_3.gif

Watson, D. A.; Su, M.; Teverovskiy, G.; Zhang, Y.; Garcia-Fortanet, J.; Kinzel, T.; Buchwald, S. L. Science 2009325, 1661. doi: 10.1126/science.1178239

医薬・材料分野においてとりわけ幅広い応用性を誇る、フッ素置換有機化合物。塩素化・臭素化・ヨウ素化したものの合成法はよく知られていますが、同じハロゲンでも芳香族フッ化物の合成法、とりわけ基質一般性が高く穏和な条件は限られています。

今回Buchwaldらによって開発されたパラジウム触媒系は、芳香族トリフラートをフッ化物へと一般性高く変換することができます。

金属フルオライド種は多量体を形成しやすく、単量体からの反応が阻害されやすい性質を持つこと、還元的脱離が起こりにくいことなどから、こういった反応形式は不可能に近いと考えられていました。彼らは独自開発した配位子(tBuBrettPhos)を用い、このハードルを克服しました。また、反応中間体たりえる単量体パラジウム(II)フルオライド種の合成・X線結晶構造解析(下図:論文より転載)を行い、実際に還元的脱離を経て芳香族フッ化物への変換が起こる事を示して反応機構に関する示唆を与えています。

novel_fgconversion_crosscp_4.gif

ニトロアリール化合物の合成

novel_fgconversion_crosscp_1.gif

Pd-Catalyzed Conversion of Aryl Chlorides, Tri?ates, and Nona?ates to Nitroaromatics
Fors, B. P.; Buchwald, S. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12898.  doi:10.1021/ja905768k

芳香族ニトロ化合物はニトロニウムカチオンによる求電子置換で合成するのが通例なのですが、位置選択性のコントロールが難しく、また条件がきついため、官能基受容性に欠けます。今回開発されたパラジウム触媒は、アリールハライド・トリフラート・ノナフラートを、選択的にニトロ基置換体へと変換します。添加剤であるTris(3,6-dioxaheptyl)amineは相間移動触媒であり、溶解性の低い亜硝酸ナトリウム(NaNO2)の活用を可能としています。

以下の様な化合物は、普通のニトロ化で作ること自体がほぼ無理そうですが、この触媒系ではダイレクトに合成可能。

novel_fgconversion_crosscp_2.gif

・・・・などなど。

 

この領域を発展せしめたブレイクスルーは、嵩高く、電子豊富な配位子の開発です。例えば上記のBuchwaldらによる報告では独自開発された嵩高いリン配位子が、また最近ではN-ヘテロ環状カルベン(NHC)を配位子として使う例が多く知られています。

40年前に発見されたものと類似の触媒設計概念は、いまだに有効機能し続けています。そして上記のごとく、不可能だった化学変換を、続々と可能にし続けています。
まったくクロスカップリング反応は、偉大な化学なのです。

 

関連書籍

関連リンク

Flexible Fluorination (C&EN)

Buchwald Research Group MIT・バックワルド研究室

The Hartwig Group UC Berkeley・ハートウィグ研究室
cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
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. 生体深部イメージングに有効な近赤外発光分子の開発
  2. 共役はなぜ起こる?
  3. 高専シンポジウム in KOBE に参加しました –その 2: …
  4. 創薬・医療系ベンチャー支援プログラム”BlockbusterTO…
  5. 秋の味覚「ぎんなん」に含まれる化合物
  6. 多価不飽和脂肪酸による光合成の不活性化メカニズムの解明:脂肪酸を…
  7. 酸化グラフェンの光による酸素除去メカニズムを解明 ―答えに辿り着…
  8. ケイ素半導体加工に使えるイガイな接着剤

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 飯島澄男 Sumio Iijima
  2. ケミストリー通り
  3. 東京理科大学みらい研究室にお邪魔してきました
  4. 笑う化学には福来たる
  5. ダンハイザー シクロペンテン合成 Danheiser Cyclopentene Synthesis
  6. カフェインの覚醒効果を分子レベルで立証
  7. トーマス・エブソン Thomas Ebbesen
  8. 事故を未然に防ごう~確認しておきたい心構えと対策~
  9. ポール・ロゼムンド Paul W. K. Rothemund
  10. 米ファイザー、今期業績予想を上方修正・1株利益1.68ドルに

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2009年10月
« 9月   11月 »
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

注目情報

最新記事

危ない試薬・面倒な試薬の便利な代替品

実験室レベルでは、未だに危険な試薬を扱わざるを得ない場合も多いかと思います。tert…

赤外線の化学利用:近赤外からテラヘルツまで

(さらに…)…

【誤解してない?】4s軌道はいつも3d軌道より低いわけではない

3d 遷移金属は、多くが (3d)n(4s)2 という中途半端に 3d 軌道が埋まったまま 4s 軌…

第六回ケムステVプレミアレクチャー「有機イオン対の分子設計に基づく触媒機能の創出」

新型コロナ感染者数が爆増し、春の学会がまたほとんどオンラインになりました。残念で…

生体医用イメージングを志向した第二近赤外光(NIR-II)色素:③その他の材料

バイオイメージングにおけるの先端領域の一つである「第二近赤外光(NIR-II)色素」についての総説を…

自己多層乳化を用いたマトリョーシカ微粒子の調製 〜油と水を混ぜてすぐ固めるだけ〜

岡山大学学術研究院自然科学学域(工)の渡邉貴一研究准教授と同大学院自然科学研究科博士前期課程の安原有…

【書籍】セルプロセッシング工学 (増補) –抗体医薬から再生医療まで–

今回ご紹介する書籍「セルプロセッシング工学 (増補) –抗体医薬から再生医療まで–」は、20…

芳香環にフッ素を導入しながら変形する: 有機フッ素化合物の新規合成法の開発に成功

第361回のスポットライトリサーチは、早稲田大学大学院先進理工学研究科(山口潤一郎研究室)小松田 雅…

湘南ヘルスイノベーションパークがケムステVプレミアレクチャーに協賛しました

レジェンド化学者もしくは第一人者の長時間講演を完全無料で放映する、ケムステVプレ…

化学企業が相次いで学会や顧客から表彰される

武蔵エナジーソリューションズ株式会社に所属する研究者が、2022年度電気化学会技術賞(棚橋賞)を受賞…

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