[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

メタルフリー C-H活性化~触媒的ホウ素化

[スポンサーリンク]

有機ホウ素化合物は、ホウ素置換部位を様々な官能基へと変換できるため、有機合成において中間体として利用できる重要な化合物群です。そこで、容易に有機ホウ素化合物を合成する手段として、C-H結合の活性化およびそれを利用した脱水素的炭素-ホウ素カップリング反応に関する研究は、近年ますます注目を集めている熱い分野です 。[1]

触媒

本反応は、基本的には熱力学的に好ましい反応(例えば、ベンゼンとホウ素化合物間での脱水素的カップリング反応では、ΔG°(298) = −3.7 kcal·mol−1)ですが、活性化障壁が大きいため(Δ(298) = 31.3 kcal·mol−1)に、触媒を必要とします。そこで、本反応を促進する触媒としていくつかの遷移金属錯体がこれまでに報告されており、これらは主にIrやRhと言った比較的高価な金属を含んでいます。 では、金属を用いないでC-H結合を活性化し、さらにホウ素化を行うことは可能なのでしょうか?

典型元素触媒

ごく最近、Laval大学(カナダ)のFontaineらのグループによって、典型元素化合物を触媒とする脱水素的炭素-ホウ素カップリング反応が報告されたので、紹介したいと思います。

Marc-André Légaré, Marc-André Courtemanche, Étienne Rochette, Frédéric-Georges Fontaine, Science 2015, 349, 513-516, DOI:10.1126/science.aab3591

著者らは、ベンゼン環のオルト位にテトラメチルピペリジニル基とホウ素(BH2)部位を導入したフラストレイテッドルイスペア(FLP)1を合成しています。[2] 1は三中心ニ電子結合を含むジボラン構造をしていますが、溶液中、加熱条件下では、単量体として機能します。

rk08012015-1

 

 

まず、1(0.5当量)とN-メチルピロールとの反応から、ピロール内の窒素に隣接する炭素(2位)とホウ素が脱水素的に結合を形成することを確認しました。次に、生成した化合物 2とピナコールボラン(H-Bpin)の反応を検討し、その結果、Bpin基が置換したピロール3aを得ています。この時、1が再生していることが確認できたことから、1を触媒として利用できると考えたんですね。

 

rk08012015-2

 

 

ここで通常なら、いろんな官能基を持つピロールやら他のヘテロ環化合物をさっさと試すところでしょうけど、著者らは、様々な官能基を持つ化合物を添加した反応を検証しています。この手法は、2013年にGloriusらがNature Chemistryに報告した、新しい「化学反応の汎用性検証法」に沿ったアプローチですね。[3] 試した化合物とその結果は以下の通り(原著SIより引用)。

rk08012015-3

 

 

得られた結果をもとに、実際にいくつかピロール、チオフェン、フランのホウ素化を検討しています(下図、原著論文より)。反応の選択性は、脱離する水素の酸性度ではなく、基質内の電子密度分布や炭素の求核性に依存するようです。

rk08012015-4

 

 

また、理論計算を基に、著者らは以下の反応機構を提案しています。
(1) FLPによるTS1を経たC-H結合の切断
(2) 分子内イオン対状態(Int)から、水素の脱離による2の生成
(3) 2とH-Bpin間のσ結合メタセシス(TS2)を経て、1′および化合物3の生成。
さらに、重水素ラベル実験によって、ステップ1及びステップ2どちらも反応速度に影響を与えていることを確認しています。

rk08012015-5

 

 

ステップ3の遷移状態(TS2)は、ボリル置換イリジウム触媒によるC-H結合活性化機構とよく類似しています(下図:A)。[4] また、B-H、B-C結合とH-H及びH-Si結合間のメタセシスは既に報告(提案)されており(下図:B、C)[5]、今後、この機構を基軸とした金属を用いない触媒反応がさらに開発されることでしょう。

rk08012015-6

 

 

著者らは最後に、FLPを用いたC-H結合活性化は、ホウ素化以外の触媒的カップリング反応にも適応できるだろうと示唆しています。sp2炭素-水素以外の結合の活性化から官能基化まで行える新しいメタルフリー触媒反応も、近い将来どんどん出てきそうですね。

 

参考文献

  1. I. A. Mkhalid, J. H. Barnard, T. B. Marder, J. M. Murphy, J. F. Hartwig, Chem. Rev. 2010110, 890–931. DOI: 10.1021/cr900206p
  2. D. W. Stephan, G. Erker, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 46–76. DOI: 10.1002/anie.200903708
  3. Karl D. Collins, Frank Glorius, Nat. Chem. 2013, 5, 597-601. DOI: 10.1038/NCHEM.1669
  4. M. A. Larsen, J. F. Hartwig, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4287–4299. DOI: 10.1021/ja412563e
  5. (a) Y. Wang, W. Chen, Z. Lu, Z.-H. Li, H. Wang, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7496 – 7499. DOI: 10.1002/anie.201303500 (b) G. I. Nikonov, S. F. Vyboishchikov, O. G. Shirobokov, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5488 – 5491. DOI: 10.1021/ja300365s

 

外部リンク

 

関連書籍

関連記事

  1. 結合をアリーヴェデルチ! Agarozizanol Bの全合成
  2. 2011年イグノーベル賞決定!「わさび警報装置」
  3. 反応経路最適化ソフトウェアが新しくなった 「Reaction p…
  4. ピーナッツ型分子の合成に成功!
  5. 粒子画像モニタリングシステム EasyViewerをデモしてみた…
  6. 化学に関係ある国旗を集めてみた
  7. パラジウム錯体の酸化還元反応を利用した分子モーター
  8. 「未来博士3分間コンペティション2020」の挑戦者を募集

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 研究開発分野におけるセキュリティ対策の傾向と、miHubでのセキュリティへの取り組み
  2. α‐リポ酸の脂肪蓄積抑制作用を高める効果を実証
  3. 銅中心が動く人工非ヘム金属酵素の簡便な構築に成功
  4. 文字情報を構造式としてオリゴマーの混合物に埋め込み、LC-MSによって解読する方法
  5. 色素増感太陽電池の 実用化に向けたモジュール製造/セル作製技術【終了】
  6. 生体外の環境でタンパクを守るランダムポリマーの設計
  7. 国際化学オリンピック2023が開催:代表チームへの特別インタビュー
  8. ボリルメタン~メタンの触媒的ホウ素化反応
  9. 味の素ファインテクノ社の技術と社会貢献
  10. アスピリン あすぴりん aspirin 

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2015年8月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

注目情報

最新記事

マリンス有機化学(上)-学び手の視点から-

概要親しみやすい会話形式を用いた現代的な教育スタイルで有機化学の重要概念を学べる標準教科書.…

【大正製薬】キャリア採用情報(正社員)

<求める人物像>・自ら考えて行動できる・高い専門性を身につけている・…

国内初のナノボディ®製剤オゾラリズマブ

ナノゾラ®皮下注30mgシリンジ(一般名:オゾラリズマブ(遺伝子組換え))は、A…

大正製薬ってどんな会社?

大正製薬は病気の予防から治療まで、皆さまの健康に寄り添う事業を展開しています。こ…

一致団結ケトンでアレン合成!1,3-エンインのヒドロアルキル化

ケトンと1,3-エンインのヒドロアルキル化反応が開発された。独自の配位子とパラジウム/ホウ素/アミン…

ベテラン研究者 vs マテリアルズ・インフォマティクス!?~ 研究者としてMIとの正しい向き合い方

開催日 2024/04/24 : 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足…

第11回 慶應有機化学若手シンポジウム

シンポジウム概要主催:慶應有機化学若手シンポジウム実行委員会共催:慶應義塾大…

薬学部ってどんなところ?

自己紹介Chemstationの新入りスタッフのねこたまと申します。現在は学部の4年生(薬学部)…

光と水で還元的環化反応をリノベーション

第609回のスポットライトリサーチは、北海道大学 大学院薬学研究院(精密合成化学研究室)の中村顕斗 …

ブーゲ-ランベルト-ベールの法則(Bouguer-Lambert-Beer’s law)

概要分子が溶けた溶液に光を通したとき,そこから出てくる光の強さは,入る前の強さと比べて小さくなる…

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