Hartwig教授は金属触媒を用いる斬新な有機合成反応開発をテーマとする、世界的に著名な研究者です。

Buchwald-Hartwigクロスカップリングの開発により一躍有名になりました。彼の名を冠するこの人名反応は、材料・医薬など分野を選ばず、世界中で広く使われる反応の一つとなっています。Hartwigラボのプロダクティビティは極めて高く、オリジナリティ高い触媒・反応が続々と報告され続けています。

今回の講演では、ロジウム・イリジウム触媒を用いるC-H結合活性化型ホウ素化反応[1]をメインに話しておられました。

ロジウム触媒

何の官能基も存在しない直鎖アルカンにおいて、末端位選択的にC-Hホウ素化が起こせる大変斬新な反応です。Science掲載の栄誉[2]を獲得したのも全く不思議ではありません。

メカニズムはまだ明確になってない箇所が多く、現在でもその機構解析研究は続けられているようです。それに関する論文が近年公表[3]されており、講演ではそれについてしゃべっておられました。金属触媒のメカニズムを解説しようとすると、得てして話が複雑になりがちなのですが、彼の説明は大変上手く、クリアで分かりやすいプレゼンでした。

詳細は論文を読んでいただくとして、要点だけ解説します。
Cp*ロジウム錯体とジボランが反応することで、まずはロジウムヒドリドボリル錯体が生成します。これからピナコールボランが脱離し、配位不飽和16電子錯体が生成してきます。これがσ-bond metathesis型経路でC-H結合活性化に関与します。(2010.2.20訂正)

なぜ末端アルキルだけに選択的に進行するのか、ということに関しても謎が多い模様。H/D同位体交換実験などによれば、一級C-H・二級C-Hどちらも可逆的活性化されるようですが、一級のほうがより反応性が高い。またC-B結合生成過程は二級アルキルの方が圧倒的に遅く、計算からも二級C-Hのほうがより高エネルギー経路をとるそうで、それゆえ一級選択的に進むのではないか、とのこと。

イリジウム触媒

北大の宮浦・石山らと共同開発によるイリジウム触媒を用いるC-Hボリル化[4a]。この反応も大変実用的であり、数々の基礎研究へと応用されている知る人ぞ知る触媒です。

立体要因の影響を強く受ける反応であり、他の方法では難しいメタ位選択的な官能基化が可能です。最近ではヒドロシランがDirecting Groupとして働き、オルト位ホウ素化を起こせること[4b]も示されています。ちなみに触媒サイクルは以下のような感じになってます。複雑ですね～。

このあたりまでは筆者もフォローしてたのですが、最近ではさらに進展が見られるようです。

電子供与性のより高い配位子を使うことで、ボリル化の反応性を飛躍的に上げられるようです。特にフェナントロリン系のリガンドを使う事で、C-H活性化型シリル化までもが行くようになったとか。preliminaryなデータながら、sp³炭素上のC-H結合活性化もOKとなっている事実を示していました。
unpublished resultを多めに話してたので詳しくは述べませんが、近く報告されるだろう論文を楽しみにしていてください。