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化学者のつぶやき

Brønsted酸触媒とヒドロシランによるシラFriedel-Crafts反応

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本記事では, Martin Oestreich教授 (ベルリン工大) らが昨年報告した「Brønsted酸触媒とヒドロシランを用いるシラFriedel-Crafts反応」を紹介します.1

芳香族化合物のC–Hシリル化反応

近年, C–H結合の切断を経るアリールシランの合成法が盛んに研究されています.2 たとえばHartwigらは, ロジウム, イリジウム触媒を用いて芳香族化合物のC–Hシリル化反応を達成しています.3,4 これらの触媒は, 位置選択性を「立体的」に制御しています. 実際, 1,3-二置換ベンゼンを用いると, 立体的に込み入っていないC–H結合がシリル化されます (図1).

図1. ロジウムおよびイリジウム触媒による芳香族化合物のシリル化反応

 

一方Oestreichらは, 「電子的」に位置選択性を制御したC–Hシリル化反応を精力的に研究しています. その中身は, 電子豊富な芳香族化合物とシリリウムカチオン等価体によるシラFriedel-Crafts反応5です. 2011年にOestreichおよび巽らは, 含硫黄ルテニウム錯体を触媒として用いると, 系中でヒドロシランからシリリウムカチオン等価体が生じ, 続くアニリンおよびインドール誘導体とのFriedel-Crafts反応により, 対応するアリールシランが高選択的に得られることを見つけました (図2).6 Friedel-Crafts反応なので, 反応は芳香環の電子豊富な位置で進行します. この様式の反応は近年目まぐるしく進歩し, カチオン性の卑金属塩やB(C6F5)3も触媒として利用できることが分かっています(関連記事:芳香族化合物のC–Hシリル化反応:第三の手法).7,8

今回は, 触媒量のBrønsted酸を用いるシラFriedel-Crafts反応を紹介します.

図2. 触媒的シラFriedel-Crafts反応

 

論文の概要

ヒドロシランにTfOHを作用させると, 水素ガスの発生を伴い, シリルトリフラートが得られることはすでに知られています.

この反応を参考に, Oestreichらは触媒量のBrookhart’s acid [H(OEt2)2][BArF4] (ArF = 3,5-(CF3)2C6H3) を用いてヒドロシランからシリリウムカチオンを発生させることで, 1-メチルインドールの3位C–H結合のシリル化を達成しました (図3).

条件最適化中, 酸の触媒量を1 mol%から4 mol%に増やすと副反応 (ケイ素上のフェニル基がプロト脱シリル化される) が併発し、目的生成物の収率が低下しました. それを受け, プロトンの一時的な補足剤としてノルボルネン (nbe) を添加することで, 副反応を抑制でき, シリルインドールを高収率で得ることに成功しました. (単純に触媒量をもっと減らしたらどうなるのか気になりますが, その記述はありませんでした.) なお, 中間体のシリリウムカチオンと副生する水素ガスはNMRで確認しています.

図3. 条件検討結果 (簡易版)

合成可能なアリールシランを以下に簡単にまとめました (図4). 反応には, いろいろなインドール, ピロール, アニリン誘導体が適用できます.

インドールの2位やアニリンの3位にメチル基が存在しても、反応は高選択的 (major:minor = >95:5)に進行します. 臭素などのハロゲンも共存可能です. 保護していないインドールを用いると, 窒素上がシリル化されます. しかしながら, ベンゾフランやアニソール, トルエンは適用できないそうです.

図4. 合成可能なアリールシラン

 

総括

以上, Brønsted酸触媒を用いるシラFriedel-Crafts反応を簡単に紹介しました.

既報のロジウムやイリジウム触媒では立体的に込み入った位置のC–Hシリル化は困難とされているので、立体障害があっても反応が阻害されないというのは、シラFriedel-Crafts反応の特徴といえると思います.

また, イリジウム触媒では電子不足な芳香環をシリル化できますが, 紹介した反応では電子豊富な芳香環がシリル化できます. 今回触れませんでしたがt-BuOK10やロジウム, イリジウム触媒ではインドール(保護基が小さい場合)の2位がシリル化されますが(関連記事:アルカリ金属触媒で進む直接シリル化反応), 本手法ではインドールの3位で反応が進行します. これらの手法を相補的に用いれば, 特定のアリールシランが容易に合成できます.

しかしながら本手法は, 含窒素芳香族化合物しか適用できない, 合成したアリールシラン次の合成変換に利用し辛い, などいくつか問題が残っていることも事実です. アニソールやトルエンが反応に利用できればより良いのですが. いずれにせよ, この分野は今まさに発展途上なので, 今後の展開に期待したいと思います.11

参考文献

  1. Oestreich, M. et al. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7868. DOI:10.1021/jacs.6b04878
  2. Cheng, C.; Hartwig, J. F. Chem. Rev. 2015, 115, 8946. DOI:10.1021/cr5006414
  3. Cheng, C.; Hartwig, J. F. Science 2014, 343, 853. DOI:10.1126/science.1248042
  4. Cheng, C.; Hartwig, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 592. DOI:10.1021/ja511352u
  5. Kawashima, T. et al. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14192. DOI:10.1021/ja906566r
  6. Oestreich, M.; Tatsumi, K.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3312. DOI:10.1021/ja111483r
  7. Oestreich, M. et al. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 3204. DOI:10.1002/anie.201510469
  8. Hou, Z. et al. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3663. DOI:10.1021/jacs.6b01349
  9.  Corey, E. J. et al. Tetrahedron Lett. 1981, 22, 3455. DOI:10.1016/S0040-4039(01)81930-4
  10. Stoltz, B. M.; Grubbs, T. H. et al. Nature 2015, 518, 80. DOI:10.1038/nature14126
  11. Bähr, S.; Oestreich, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 52. (mini review) DOI:10.1002/anie.201608470

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