[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

メチレン炭素での触媒的不斉C(sp3)-H活性化反応

[スポンサーリンク]

 不活性メチレンC(sp3)-H結合を位置選択的に活性化し、炭素-炭素結合を高収率・高エナンチオ選択性で形成できる不斉パラジウム触媒が、スクリプス研究所・Yuらのグループによって開発された。独自開発した不斉二座配位子APAQがもたらす配位子加速効果が成功の鍵である。

“Ligand-Accelerated Enantioselective Methylene C(sp3)-H Bond Activation”
Chen, G.; Gong, W.; Zhuang, Z.; Andrea, M. S.; Chen, Y.-Q.; Hong, X.; Yang, Y.-F.; Liu, T.; Houk, K. N.*; Yu, J.-Q.* Science 2016, 353, 1023. DOI: 10.1126/science.aaf4434

問題設定と解決した点

 メチレン炭素上のプロキラルな不活性C(sp3)-H結合を区別した変換を行なうことは従来困難な課題とされていた。カルベン/ナイトレン挿入反応形式、非対称化反応形式、高反応性のシクロプロピル・シクロブチル基を標的とした特殊系での報告はあったが、炭素-金属結合形成を経る一般系の報告は存在しなかった。

 本報告はメチレンC-H活性化、鎖状基質への適用、位置選択性(β位)の発現、分子間C-C結合形成、エナンチオ選択的変換を全て充足しており、触媒的不斉合成分野の最難関課題をクリアしたマイルストーン的成果といえる。

技術・手法の肝

 独自開発した不斉配位子APAQによる配位子加速効果の獲得、および弱配位性単座配向基 (ArF = p-CF3C6F4アミド)の活用により配位子解離を防ぎ、ラセミバックグラウンド反応を抑制していることが最大のポイント。

 全く新規な骨格の不斉配位子は、一つ一つ合成し適用するというごくごく地道な検討が必要だが、可能性は無限に存在するため、なんらかの指針で手数を絞る必要がある。Yuらはまず2-オキシ縮環ピリジン配位子に不斉点を導入する[1]アプローチを検討したものの、単座配位子では効果が薄かった。ある時点でEllmannイミンから容易に合成可能な6員環キレート二座配位構造の探索と舵を切っている。アシル保護アミノ酸リガンドの知見[2]も活用し、アセトアミド部位を採用したことが勝因。

APAQ配位子の合成法

主張の有効性検証

 基質一般性はそれなりに高く、F/Cl/Br/CF3、フタルイミド、ケトン、エーテル、エステル、リン酸エステル、Tsアミドなどが共存してもOK。立体障害には少し弱そうな印象。アセトアミド酸素がC-H切断の加速に寄与しているとの遷移状態(TS)計算結果も提示。

基質リストの抜粋

議論すべき点

  • 特殊なアミド配向基(ArF)を導入しなくてはならない。いずれカルボン酸配向基などへの拡張が成されれば、高い一般性・応用性をもつ反応系が実現できるだろう。
  • C-H活性化の位置はβ位に限定されている。一般論としてβ位より遠隔(γ,δ・・・)は選択的活性化が難しい。配向基や配位子のデザインによってβ位より遠隔の変換を行なうことを考案したい。
  • ロジウム触媒によるアリールボロン酸の不斉共役付加と同じ構造の生成物になってしまう。α,β不飽和アミドが作れない基質には適するとの主張だが、合成的強みという面ではまだまだか。
  • アミドα位に置換基があるものは基質リストに含まれない。ArFアミドの合成法に由来する制限ではないだろうか。
  • 実際にはこの系に行き着くまでに、恐ろしいほどのリソースが注ぎ込まれている[3]。普通のラボではなかなかここまでやれない・・・。

次に読むべき論文は?

  • カルボン酸そのものを配向基としてメチレンsp3 C-H活性化(非不斉)を進行させる触媒系。
  • J.-Q.Yu研が蓄積を持つ、パラジウムC-H活性化触媒における配位子加速効果とその構造活性相関[2]。
  • 第一列遷移金属によって内圏型C(sp3)-H活性化を行なっている触媒系。
  • β位よりも遠隔位の不活性C(sp3)-H結合を位置選択的に変換している触媒系。

参考文献

  1. (a) M. Wasa et al., J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18570. DOI: 10.1021/ja309325e (b) J. He et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 785. DOI: 10.1002/anie.201509996
  2. (a) B.-F. Shi, N. Maugel, Y.-H. Zhang, J.-Q. Yu, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4882. DOI: 10.1002/anie.200801030 (b) K. S. L. Chan et al., Nat. Chem. 2014, 6, 146. doi:10.1038/nchem.1836 (c) D. G. Musaev, A. Kaledin, B.-F. Shi, J.-Q. Yu, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1690. DOI: 10.1021/ja208661v (d) G.-J. Cheng et al., J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 894. DOI: 10.1021/ja411683n
  3. Stu Borman, C&EN 2016, 94, 7.
cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 世界の化学企業いくつ知っていますか?
  2. 面接官の心に刺さる志望動機、刺さらない志望動機
  3. (+)-マンザミンAの全合成
  4. 合成化学発・企業とアカデミアの新たな共同研究モデル
  5. アミロイド線維を触媒に応用する
  6. 水素社会実現に向けた連続フロー合成法を新開発
  7. 低分子化合物の新しい合成法 コンビナトリアル生合成 生合成遺伝子…
  8. コラボリー/Groups(グループ):サイエンスミートアップを支…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第88回―「新規なメソポーラス材料の創製と応用」Dongyuan Zhao教授
  2. 偽造ウイスキーをボトルに入れたまま判別する手法が開発される
  3. 甘草は虫歯を予防する?!
  4. トリ(2-フリル)ホスフィン:Tri(2-furyl)phosphine
  5. 第60回―「エネルギー・環境化学に貢献する金属-有機構造体」Martin Schröder教授
  6. サイエンスアゴラの魅力-食用昆虫科学研究会・「蟲ソムリエ」中の人に聞く
  7. 二酸化炭素 (carbon dioxide)
  8. 酵母還元 Reduction with Yeast
  9. 目からウロコの熱伝導性組成物 設計指南
  10. 三種類の分子が自発的に整列した構造をもつ超分子共重合ポリマーの開発

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

三井化学岩国大竹工場の設備が未来技術遺産に登録

三井化学はこのほど、岩国大竹工場(山口県和木町)にあるポリエチレン製造装置が、国立科学博物館により、…

【金はなぜ金色なの?】 相対論効果 Relativistic Effects

相対性理論は、光速近くで運動する物体で顕著になる現象を表した理論です。電子や原子などのミクロな物質を…

gem-ジフルオロアルケンの新奇合成法

トリフロンにグリニャール試薬を作用させるだけで多置換gem-ジフルオロアルケンの合成に成功した。フッ…

パーソナル有機合成装置 EasyMax 402 をデモしてみた

合成装置といえばなにを思い浮かべるでしょうか?いま話題のロボット科学者?それともカップリング…

湿度によって色が変わる分子性多孔質結晶を発見

第277回のスポットライトリサーチは、筑波大学 数理物質系 山本研究室 助教の山岸 洋(やまぎし ひ…

【書籍】機器分析ハンドブック1 有機・分光分析編

kindle版↓概要はじめて機器を使う学生にもわかるよう,代表的な分析機器の…

第46回「趣味が高じて化学者に」谷野圭持教授

第46回目の研究者インタビューです。今回のインタビューは第10回目のケムステVシンポ講演者の一人であ…

【山口代表も登壇!!】10/19-11/18ケミカルマテリアルJapan2020-ONLINE-

「ケミカルマテリアルJapan2020-ONLINEー(主催:株式会社化学工業日報社)」は、未来に向…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP