[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

触媒的C-H活性化型ホウ素化反応

[スポンサーリンク]

 

先日、John F. Hartwig教授(イリノイ大学ウルバーナ・シャンペーン)の講演を聴いてきました。

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

hatwig_lect_1.gif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)

hatwig_lect_2.gif
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。

hatwig_lect_3.gif

イリジウム触媒

hatwig_lect_4.gif

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~。

hatwig_lect_6.gif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。
hatwig_lect_5.gifunpublished 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。

 

おわりに

単に「試薬を混ぜて上手くいくコンビネーションを見つけて論文にしました、おしまい!」といった仕事は、世界中に実は数多く存在します。もちろんオリジナルな発見のためにそうせざるを得ない現実は、仕方ないところです。一方でそんな仕事の進め方ばかりしている化学者は、「混ぜ屋」と呼ばれてしまい、サイエンティストとしては高い評価を受けなくなりますす。

Hartwigラボでは複数のプロジェクトが走っていますが、いずれも息の長いケミストリーに仕上がっています。
「混ぜ屋」達と一線を画する点は、やはり反応機構解析を相当な厚みで行っている点にあるのでしょう。中間体結晶構造解析・速度解析・NMR実験・計算化学などを多角的に詰め、得られた基礎的知見に基づき、次の触媒開発へとつなげていく・・・一見して地味なプロセスですが徹底されています。こういったスタイルこそ、Hartwigケミストリーの真骨頂なのでしょう。
それでいてアピール・プレゼンするときには、細かい点をそぎ落とし、分かりやすく解説する・・・この姿勢は見習うべきでしょう。

彼の仕事が各方面から高く評価される研究に仕上がってるのは、このような基礎研究を丁寧にやってるからこそ、なのでしょうね。
余談ですが彼のプレゼンは、スライド毎にそれぞれ違ったJACSScience論文がreferenceとしてついていることも珍しくない・・・まったくとんでもないですな。

 

関連文献

[1] Hartwig, J. F. et al. Chem. Rev. 2010, 110, 890. doi:10.1021/cr900206p

[2] Chen, H.; Schlecht, S.; Semple, T. C.; Hartwig, J. F. Science 2000, 287, 1995. doi:10.1126/science.287.5460.199

[3] (a) Hartwig, J. F.; Cook, K. S.; Hapke, M.; Incarvito, C. D.; Fan, Y. B.; Webster, C. E.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2538. doi:10.1021/ja045090c (b) Wei, C. S.; Jimenez-Hoyos, C. A.; Videa, M. F.; Hartwig, J. F.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2010, ASAP. doi:10.1021/ja909453g

[4] (a) Ishiyama, T.; Takagi, J.; Ishida, K.; Miyaura, N.; Anastasi, N. R.; Hartwig, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 390. DOI: 10.1021/ja0173019 (b) Boebel, T. A.; Hartwig, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7534. DOI: 10.1021/ja8015878

 

関連書籍

[amazonjs asin=”189138953X” locale=”JP” title=”Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis”]

関連リンク

Avatar photo

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. 文具に凝るといふことを化学者もしてみむとてするなり⑫:「コクヨの…
  2. アメリカ大学院留学:博士候補生になるための関門 Candidac…
  3. ChemDraw for iPadを先取りレビュー!
  4. 鉄とヒ素から広がる夢の世界
  5. 電池材料粒子内部の高精細な可視化に成功~測定とデータ科学の連携~…
  6. だんだん柔らかくなるCOF!柔軟性の違いによる特性変化
  7. 有機反応を俯瞰する ー挿入的 [1,2] 転位
  8. 触媒表面の化学反応をナノレベルでマッピング

注目情報

ピックアップ記事

  1. 浜松ホトニクス、ヘッド分離型テラヘルツ波分光分析装置を開発
  2. Lindau Nobel Laureate Meeting 動画集のご紹介
  3. 第六回ケムステVシンポ「高機能性金属錯体が拓く触媒科学」
  4. マニュエル・ヴァン・ゲメレン Manuel van Gemmeren
  5. 水蒸気侵入によるデバイス劣化を防ぐ封止フィルム
  6. 近赤外光を吸収する有機分子集合体の発見
  7. 研究室ですぐに使える 有機合成の定番レシピ
  8. 目指せ!フェロモンでリア充生活
  9. 水が促進するエポキシド開環カスケード
  10. 転職でチャンスを掴める人、掴めない人の違い

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2010年2月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728

注目情報

最新記事

有機合成化学協会誌2025年5月号:特集号 有機合成化学の力量を活かした構造有機化学のフロンティア

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年5月号がオンラインで公開されています!…

ジョセップ・コルネラ Josep Cornella

ジョセップ・コルネラ(Josep Cornella、1985年2月2日–)はスペイン出身の有機・無機…

電気化学と数理モデルを活用して、複雑な酵素反応の解析に成功

第658回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 農学研究科(生体機能化学研究室)修士2年の市川…

ティム ニューハウス Timothy R. Newhouse

ティモシー・ニューハウス(Timothy R. Newhouse、19xx年xx月x日–)はアメリカ…

熊谷 直哉 Naoya Kumagai

熊谷 直哉 (くまがいなおや、1978年1月11日–)は日本の有機化学者である。慶應義塾大学教授…

マシンラーニングを用いて光スイッチング分子をデザイン!

第657 回のスポットライトリサーチは、北海道大学 化学反応創成研究拠点 (IC…

分子分光学の基礎

こんにちは、Spectol21です!分子分光学研究室出身の筆者としては今回の本を見逃…

ファンデルワールス力で分子を接着して三次元の構造体を組み上げる

第 656 回のスポットライトリサーチは、京都大学 物質-細胞統合システム拠点 (iCeMS) 古川…

第54回複素環化学討論会 @ 東京大学

開催概要第54回複素環化学討論会日時:2025年10月9日(木)~10月11日(土)会場…

クソニンジンのはなし ~草餅の邪魔者~

Tshozoです。昔住んでいた社宅近くの空き地の斜面に結構な数の野草があって、中でもヨモギは春に…

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