[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ボリルヘック反応の開発

[スポンサーリンク]

簡便かつ安価に調整可能なcatecholchloroboraneをホウ素化剤に用いた末端アルケンの新しい脱水素型ホウ素化反応(Boryl-Heck 反応)が達成された。置換オレフィンを簡便に合成する溝呂木–Heck反応を位置選択的かつ立体選択的なボリル化に応用した本手法は、これからのアルケニルボロン酸エステルの合成法の一端を担うだろう。

 

アルケニルホウ素化合物とは

アルケニルホウ素化合物、歴史的には鈴木–宮浦クロスカップリング反応の発見によって一躍脚光を浴びた化合物です。その後もスナギンチャクやアオブダイが有する猛毒である、超天然物パリトキシンの全合成の中間体に用いられるなど、幅広く活躍しています[1,2]。近年ではアルケニルボロン酸エステルを用いたC–C, C–O, C–N, C–X (X = halogen)結合形成反応に用いられ、注目を集めています[3]

アルケニルボロン酸エステルは、末端アルキンへのヒドロホウ素化反応によって合成するのが一般的です[4]。最近では出発原料として、より安価で入手容易な末端アルケンを用いた、アルケニルボロン酸エステルの合成法が報告されています。以下に、代表的な例を2つ紹介します。

 

アルケニルホウ素化合物の合成法

(A) オレフィンメタセシスによる合成法

ビニルボロン酸エステルと末端アルケンとのオレフィンメタセシスによりアルケニルボロン酸エステル合成が合成可能です(図1A)。しかし、ビニルボロン酸エステルはホモカップリングが進行しやすい性質を持つため、クロスメタセシスを効率的に行うには、基質のアルケンを過剰量用いる必要があります。

(B) ロジウムやパラジウム触媒を用いたアルケンの脱水素型ホウ素化反応

パラジウム触媒やロジウム触媒存在下、末端アルケンに対してHBpinやB2pin2を作用させることでアルケンの脱水素型ホウ素化反応が進行します(図1B)[5]。安価で入手容易なホウ素化剤を利用できる一方、ヒドロホウ素化や多ボリル化、アルケンの還元など、望まない副反応がしばしば進行してしまうのが難点。

図1. アルケニルボロン酸エステルの合成法

図1. アルケニルボロン酸エステルの合成法

 

これら従来法の問題を解決するため、最近デラウェア大学のWatson教授らは、アルケニルボロン酸エステルの新たな合成法を開発した。すなわち、トリクロロボランおよびカテコールから安価かつ容易に調整可能なcatecholchloroborane(catBCl)を新たなホウ素化剤に用いた、Pd触媒による”ボリルヘック(Boryl-Heck)反応”です。

“Direct Synthesis of Alkenyl Boronic Esters from Unfunctionalized Alkenes: A Boryl-Heck Reaction”

Reid, W. B.; Spillane, J. J.; Krause, S. B.; Watson, D. A. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5539. DOI: 10.1021/jacs.6b02914

今回はこの報告について紹介したいと思います。

 

ボリルヘック反応とは

著者らは今回、ヘック反応と同様の触媒サイクルが進行することによって、目的のアルケニルボロン酸エステルが得られるのではないかと予想しています(図2)。

推定反応機構の各段階は次の通り。

  1. catBClのPd0種に対する酸化的付加により、Cl–PdII–B錯体1が生成する。
  2. 末端アルケンが1のPd–B結合へ挿入することにより、Pd錯体2を生じる。
  3. PdII2におけるb-ヒドリド脱離により、H–PdII–Cl錯体3が生成するとともに、目的のアルケニルボロン酸エステルが得られる。
  4. 3から塩化水素の還元的脱離が進行し、Pd0種が再生する。
2016-08-03_18-48-24

図2. 推定反応機構

本反応進行の鍵は、ボリル化剤に用いるcatBClの反応性の制御にあります。以下にその詳細を述べます。

 

ボリルヘック反応の条件最適化

塩基の改良

ヘック反応において塩基として頻繁に見られるNEt3を最初に用いたところ、目的のアルケニルボロン酸エステルは全く得られませんでした。そこで著者らは様々な塩基の検討を行った結果、iPr2NEtやCy2NMeのような嵩高い塩基を用いた場合にのみ目的のアルケニルボロン酸エステルが得られることを見出しました(図3)。

catBClはNEt3と極めて安定な付加体を形成することが報告されています[7]。これを踏まえ、著者らは本反応が進行した理由として、嵩高い塩基を用いることでcatBClへのアミンの付加が可逆反応になったため、catBClのPdへの酸化的付加が進行するようになり、目的化合物が得られるようになったと述べています。

2016-08-03_19-40-01

図3. アミンとボラン付加体

 

配位子の改良

ホスフィン配位子もアミンと同様に付加体を形成し、catBClの分解反応を引き起こします[7]。そこで著者らは、アミンと同様にホスフィン配位子を嵩高くすることでcatBClへの付加の抑制を試みました。様々なホスフィン配位子を検討した結果、配位子L1を用いることで、目的のアルケニルボロン酸エステルが収率良く得られることを見出しました(図4)。

塩基にCy2NMeを、配位子にL1を用いてさらなる条件検討を行った結果、LiOTfを添加剤として加えることで原料のアルケンの異性化を抑制し、目的のアルケニルボロン酸エステルのみを定量的に得ることに成功しました。

2016-08-03_19-40-49

図4 最適反応条件

反応の有用性

最適化条件を基に、基質適用範囲の検討を行った。様々な電子求引基や電子供与基を有する直鎖末端アルケンやスチレン誘導体において本反応は良好に進行します。また、Boryl­-Heck反応後にピナコールやネオペンチルグリコールなどの求核剤を反応させることにより、ワンポットで多様なアルケニルボロン酸エステルへ変換できます。最も特筆すべきは、α-メチルスチレンを基質に用いても本反応が高収率かつE体選択的に進行する点です。目的のアルケニルボロン酸エステルはアルキンのヒドロホウ素化では合成できず、本反応の潜在的有用性を示しています(図5)。

2016-08-03_19-41-12

まとめ

本反応は、入手容易なアルケンを出発物質として用いた効率的なアルケニルボロン酸エステル合成である。さらに安価なcatBClを新たなボリル化剤として用いており、ボリルヘック反応の汎用性を一層高めた新規合成法と言えます。同著者は以前にHeck反応をシリル化にも応用しており、今後どのようなヘック反応のケミストリーが展開されるのか楽しみです。

 

参考文献

  1. For Suzuki–Miyaura coupling see: Miyaura, N.; Suzuki, A. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1979, 866.  DOI: 10.1039/C39790000866
  2. For the total synthesis of Palytoxin see: Uenishi, J.; Beau, J.-M.; Armstrong, R. W.; Kishi, Y. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 4756. DOI: 10.1021/ja00249a069
  3. (a) Morrill, C.; Grubbs, R. H. J. Org. Chem. 2003, 68, 6031. (b) Shade, R. E.; Hyde, A. M.; Olsen, J.-C.; Merlic, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1202. DOI: 10.1021/ja907982w  (c) Furuya, T.; Ritter, T. Org. Lett. 2009, 11, 2860. DOI: 10.1021/ol901113t (d) Tao, C.-Z.; Cui, X.; Li, J.; Liu, A.-X.; Liu, L.; Guo, Q.-X. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 3525. DOI: 10.1016/j.tetlet.2007.03.107
  4. Barbeyron, R.; Benedetti, E.; Cossy, J.; Vasseur, J.-J.; Arseniyadis, S.; Smietana, M. Tetrahedron 2014, 70, 8431. DOI: :10.1016/j.tet.2014.06.026
  5. (a) Selander, N.; Willy, B.; Szabo, K. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 4051. (b) Westcott, S. A.; Marder, T. B.; Baker, R. T. Organometallics 1993, 12, 975. DOI: 10.1021/om00027a058 (c) Coapes, R. B.; Souza, F. E. S.; Thomas, R. L.; Hall, J. J.; Marder, T. B. Chem. Commun. 2003, 614. DOI: 10.1039/B211789D
  6. Coapes, R. B.; Souza, F. E. S.; Fox, M. A.; Batsanov, A. S.; Goeta, A. E.; Yufit, D. S.; Leech, M. A.; Howard, J. A. K.; Scott, A. J.; Clegg, W.; Marder, T. B. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 2001, 1201. DOI: 10.1039/B010025K

 

関連書籍

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. 「同時多発研究」再び!ラジカル反応を用いたタンパク質の翻訳後修飾…
  2. DNAを切らずにゲノム編集-一塩基変換法の開発
  3. 超一流誌による論文選定は恣意的なのか?
  4. 不斉アリル位アルキル化反応を利用した有機合成
  5. 掃除してますか?FTIR-DRIFTチャンバー
  6. 【イベント】「化学系学生のための企業研究セミナー」「化学系女子学…
  7. 反芳香族性を有する拡張型フタロシアニン
  8. ケイ素置換gem-二クロムメタン錯体の反応性と触媒作用

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 大麻複合物が乳がんの転移抑止効果―米医療チームが発見
  2. 顕微鏡で化学反応を見る!?
  3. 糖鎖クラスター修飾で分子の生体内挙動を制御する
  4. ストックホルム国際青年科学セミナー・2018年の参加学生を募集開始
  5. 留学せずに英語をマスターできるかやってみた(3年目)
  6. ノーベル化学賞、米・イスラエルの3氏に授与
  7. ブラウザからの構造式検索で研究を加速しよう
  8. タミフル、化学的製造法を開発…スイス社と話し合いへ
  9. アルバート・コットン Frank Albert Cotton
  10. 目からウロコの熱伝導性組成物 設計指南

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

有機合成化学協会誌2021年1月号:コロナウイルス・脱ニトロ型カップリング・炭素環・ヘテロ環合成法・環状γ-ケトエステル・サキシトキシン

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2021年1月号がオンライン公開されました。あ…

第137回―「リンや硫黄を含む化合物の不斉合成法を開発する」Stuart Warren教授

第137回の海外化学者インタビューはスチュアート・ウォーレン教授です。ケンブリッジ大学化学科に所属し…

吉岡里帆さん演じる「化学大好きDIC岡里帆(ディーアイシーおか・りほ)」シリーズ、第2弾公開!

印刷インキや有機顔料世界トップシェアのDIC株式会社は、2021年1月より、数々のヒット作に出演し、…

第14回ケムステVシンポ「スーパー超分子ワールド」を開催します!

ケムステーションをご覧の方々、あけましておめでとうございます。本年もどうぞよろしくお願い申し上げます…

【日産化学】新卒採用情報(2022卒)

―ぶれずに価値創造。私たちは、生み出し続ける新たな価値で、ライフサイエンス・情報通信・環境エ…

高分子鎖デザインがもたらすポリマーサイエンスの再創造|オンライン R2

詳細・お申込みはこちら日時令和3年 2月18日、25日(木) 基礎編        …

化学者のためのエレクトロニクス講座~電解で起こる現象編~

化学者のためのエレクトロニクス講座では半導体やその配線技術、フォトレジストやOLEDなど、エレクトロ…

超合金粉末の製造方法の改善に機械学習が試行される

NIMS は、機械学習を適用することで、航空機エンジン用材料として有望な Ni-Co 基超合金の高性…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP