[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

The following two tabs change content below.
StarryNight

StarryNight

関連記事

  1. 「銅触媒を用いた不斉ヒドロアミノ化反応の開発」-MIT Buch…
  2. 金属を使わない触媒的水素化
  3. Reaxys体験レポート反応検索編
  4. LSD1阻害をトリガーとした二重機能型抗がん剤の開発
  5. 書物から学ぶ有機化学 3
  6. 電話番号のように文献を探すーRefPapers
  7. 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
  8. 化学に耳をすませば

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. SciFinder Future Leaders プログラム体験記 まとめ
  2. 目からウロコの熱伝導性組成物 設計指南
  3. 中外製薬が工場を集約へ 宇都宮など2カ所に
  4. シャープレス不斉ジヒドロキシル化 Sharpless Asyemmtric Dihydroxylation (SharplessAD)
  5. フラストレイティド・ルイスペア Frustrated Lewis Pair
  6. DABを用いた一級アミノ基の選択的保護および脱保護反応
  7. もっとも単純な触媒「プロリン」
  8. HACCP制度化と食品安全マネジメントシステムーChemical Times特集より
  9. (+)-マンザミンAの全合成
  10. 米ファイザー、感染予防薬のバイキュロンを買収

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

葉緑素だけが集積したナノシート

第235回のスポットライトリサーチは、立命館大学 民秋研究室で博士研究員をされていた、庄司 淳(しょ…

第38回「分子組織化の多様な側面を理解する」Neil Champness教授

長らく更新が止まっていましたが、海外化学者インタビュー再開しました。Nature Chemistry…

排ガス原料のSAFでデリバリーフライトを実施

ANAは日本時間の10月30日、排ガスを原料とするSustainable Aviation Fuel…

“つける“と“はがす“の新技術―分子接合と表面制御

お申込み・詳細はこちら日程2020年1月9日(木)・10日(金)定員20名  先着順…

【日産化学】画期的な生物活性を有する新規除草剤の開発  ~ジオキサジン環に苦しみ、笑った日々~

日産化学は、コア技術である「精密有機合成」や「生物評価」を活かして自社独自開発の…

モノクローナル抗体を用いた人工金属酵素によるエナンチオ選択的フリーデル・クラフツ反応

第234回のスポットライトリサーチは、大阪大学大学院理学研究科・安達 琢真さんにお願いしました。…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP