[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

“アルデヒドを移し替える”新しいオレフィン合成法

[スポンサーリンク]

 

有機合成化学において、オレフィン同士をつなげる反応は「オレフィンカップリング反応」です。また、オレフィンを組み替える反応は「オレフィンメタセシス」です。そして、オレフィンをつくる反応は「オレフィン合成」となりますが、これらの3つのオレフィンに関する反応の開発の先駆者にはすべてノーベル化学賞が授けられています

例えば、オレフィンカップリング(Mizoroki–Heck反応)のHeckオレフィンメタセシスGrubbs、そして、オレフィン合成ではWittig反応のWittigです。

2015-01-30_16-27-11

 

また、先日紹介したBaranらによる鉄触媒を使った還元的カップリング反応は「オレフィンカップリング」、HoveydaらによるZ選択的な「オレフィンメタセシス」もこれらに分類されることはお分かりになると思います。つまり、精力的に研究が行われてきた分野であることは疑いなく、これらのノーベル賞を”超える”反応開発は、有機合成化学者にとって目指すべき一つの大きな指標だと言えます。

さて、すこし前置きが長くなりましたが、今回「オレフィン合成」の分野で画期的な手法がScience誌に報告されましたので紹介したいと思います。

“Rh-catalyzed C–C bond cleavage by transfer ”

Murphy, S. K.; Park, J.-W.; Cruz, F. A.; Dong, V. M. Science 2015347, 56.

DOI:10.1126/science.1261232

 

このオレフィン合成は原料のアルデヒド”移し替える”ことが鍵となっています。それでは背景から今回の論文の内容を覗いてみましょう。

アルデヒドを“移しかえる”

従来のオレフィン合成法といえば、E2脱離反応や、前述したアルデヒドとリンイリドをカップリングさせるWittig反応などがよく知られています(図1上)。

一方で、生体内では酵素の働きにより官能基を脱離させることによってオレフィンを生成する合成法が存在します。生体内の重要な代謝酵素、シトクロムP450はアルデヒドを脱離する(脱ヒドロホルミル化)ことでオレフィンをつくっています(図1下)。

「この変換反応を人工触媒の力でできないか?」

と考え、実現したのが、今回の論文の代表著者である米国カリフォルニア大アーヴァイン校のVy Dong教授です。

 

Fig1

図1 典型的なオレフィン合成と生体内のオレフィン合成

 

それでは実際にどのような反応を設計したのでしょうか。Dong教授が着目した化学種はRh–アシル種1です。このRh錯体1は、アルデヒドのカルボニルC–H結合がRh(I)に酸化的付加することで生成することが知られています[1]。この化学種は、オレフィンと反応してヒドロアシル化を起こすこと(path A)[2]、またカルボニルが金属中心に転位して脱カルボニル反応を起こすこと(path B)[3]がこれまでに見出されていました。

今回h、Dong教授は反応条件を綿密に調整し、既存のこれらの反応を抑制して、脱ヒドロホルミル化反応の開発を目指しました (図2)。

 

図2 Rh-アシル種を経由するこれまでの反応と今回の反応

図2 Rh-アシル種を経由するこれまでの反応と今回の反応

 

発想は至ってシンプルです。”アルデヒドを移しかえる”ことができればよいのです (図3)。すなわち、別のオレフィンを「ホルミル基アクセプター」として用いて、出発原料のアルデヒドのCO()と水素(ピンク )をそっくりそのまま移す、というものです。しかし、ここで勘のいい方ならお気づきかもしれませんが、移しかえた先にできるものもアルデヒドです。つまり、移しかえた先からまたCOと水素が戻り、平衡反応になってしまうという問題点があり、ホルミル基アクセプターになんらかの工夫が必要となります。

Fig4

図3 “アルデヒドを移し替える”

 

ヒドロホルミルアクセプター、ノルボルナジエン

そこで、選んだ「アクセプター」は、ノルボルナジエン。ノルボルナジエンは歪んだオレフィンであるため、逆反応は不利であるという性質を使いました。その結果、ほぼ定量的に目的のオレフィンを得ることに成功しています。反応後の粗生成物にはノルボルナジエンのヒドロホルミル化体が観測されており、Dong教授らのデザインした反応がしっかり実現したことを意味しています。特筆すべきことに、このノルボルナジエンをベンゾノルボルネンへと変更することで、反応温度を室温まで下げることができます。

図4 Dongらが開発したRh触媒を用いた反応条件

図4 Dongらが開発したRh触媒を用いた反応条件

 

かなり専門的な話になりますが、反応機構を紹介します。図5の Rh種Aから触媒サイクルはスタートし、アルデヒドC–H結合の酸化的付加(AB)、カルボン酸の還元的脱離(BC)、続くカルボニルの転位、β水素脱離(CD)を経てオレフィン錯体を生成します。次が肝心のオレフィン交換ステップであり(DD’)、ここで目的物の脱ヒドロホルミル体が得られます。ここから先は触媒サイクルの初めに戻る反応になりますが、よく見てみると、すべてAからDまでの経路の逆反応なのです。ただ違うのはRh上に結合しているのが原料のアルデヒド由来の化合物か、ノルボルナジエン由来の化合物か、だけです。ノルボルナジエンを用いることで、D’からC’のステップを不可逆反応にできたことが本反応のミソです。また、ここでは詳細は述べませんが、用いているRh錯体Aに配位しているカルボキシラートの役割も非常に重要で、芳香族カルボン酸でないとうまく反応は進行しません。詳しくは論文を読んでいただけたらと思います。

図5 想定されている反応機構

図5 想定されている反応機構

 

合成的有用性

この反応を用いて複雑な化合物のオレフィン化にも成功しています。一部、E/Zの選択性、生成するオレフィンの位置選択性に課題は見られるものの、比較的穏和な条件で多くのアルデヒドがオレフィンへと変換可能なことが実証されています。高度に官能基化されているマクロライド化合物のオレフィンへの変換反応は目を見張るものがあります。また、従来法では11工程かけて合成されていたyohimbenoneを比較的安価に入手出来るyohimbineからわずか3工程で合成を達成するなど[3]、合成化学的にも新たなツールとして利用できそうに思えます。

反応の適用範囲と(+)-yohimbenoneの合成

反応の適用範囲と(+)-yohimbenoneの合成

 

以上、アルデヒドを脱離基として用いた新規オレフィン合成法の論文を紹介しました。達成されている現象論もさることながら、その合成的有用性の売り方は見事、の一言に尽きると思います。

オレフィン合成法としてはもちろん、一炭素減炭反応としても捉えられますし、合成的なニーズはありそうだと感じますがいかがでしょうか。

 

参考文献

[1] Garralda, M. A. Dalton Trans. 2009, 2009, 3635. DOI:10.1039/B817263C

[2] Wills, M. C. Chem. Rev. 2010110, 725. DOI:10.1021/cr900096x

[3] Tsuji, J.; Ohno, K. Tetrahedron Lett. 19656, 3969. DOI:10.1016/S0040-4039(01)89127-9

 

 

関連書籍

 

外部リンク

bona

bona

投稿者の記事一覧

愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. まっすぐなペプチドがつまらないなら「さあ輪になって踊ろ!」
  2. 暑いほどエコな太陽熱冷房
  3. 研究テーマ変更奮闘記 – PhD留学(前編)
  4. メタンガスと空気からメタノールを合成する
  5. 第8回慶應有機化学若手シンポジウム
  6. 私がケムステスタッフになったワケ(3)
  7. 光触媒の力で多置換トリフルオロメチルアルケンを合成
  8. 個性あるジャーナル表紙

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. バートン脱カルボキシル化 Barton Decarboxylation
  2. Appel反応を用いるホスフィンの不斉酸化
  3. 目指せ!! SciFinderマイスター
  4. 導電性ゲル Conducting Gels: 流れない流体に電気を流すお話
  5. ルイス酸添加で可視光レドックス触媒の機構をスイッチする
  6. 日本化学会、論文無料公開へ新方式
  7. フロリゲンが花咲かせる新局面
  8. 超一流誌による論文選定は恣意的なのか?
  9. 三菱ケミカルと三井化学がバイオマス原料由来ポリエステルの関連特許に係るライセンス契約を締結
  10. アズワンが第一回ケムステVプレミアレクチャーに協賛しました

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2015年2月
« 1月   3月 »
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
232425262728  

注目情報

注目情報

最新記事

【速報】HGS 分子構造模型「 立体化学 学生用セット」販売再開!

いまから約7年前の2015年10月。分子を愛する学生・研究者に悲報が届けられた。…

次世代型合金触媒の電解水素化メカニズムを解明!アルキンからアルケンへの選択的水素化法

第383回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院 理工学府 修士2年(研究当時)の野上 周嗣…

LG化学より発表されたプラスチックに関する研究成果

LG Chem develops advanced plastic materials …

経験の浅い医療系技術者でも希望にかなう転職を実現。 専門性の高い職種にこそ求められる「ビジョンマッチング」

「人財躍動化」をビジョンに掲げるAdecco Group Japanの人財紹介事業ブランドSprin…

創薬における中分子

ここ10年の間で、低分子・高分子の間の化合物の分類として 中分子 という言葉が台頭し…

ポンコツ博士の海外奮闘録⑦〜博士,鍵反応を仕込む〜

ポンコツシリーズ一覧国内編:1話・2話・3話国内外伝:1話・2話・留学TiPs海外編:1…

強酸を用いた従来法を塗り替える!アルケンのヒドロアルコキシ化反応の開発

第 382回のスポットライトリサーチは、金沢大学大学院 医薬保健総合研究科 創薬科学…

ドラえもん探究ワールド 身近にいっぱい!おどろきの化学

概要「化学」への興味の芽を育むマンガ+解説書 子ども(大人も)の毎日は、「化学」とのお付き合…

データ駆動型R&D組織の実現に向けた、MIを組織的に定着させる3ステップ

開催日:2022/05/25 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…

薬剤師国家試験にチャレンジ!【有機化学編その1】

2022.5.21 追記: 問3の構造式を再度訂正しました。2022.5.2…

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