[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

アミジルラジカルで遠隔位C(sp3)-H結合を切断する

[スポンサーリンク]

プリンストン大学・Robert Knowlesらは、光触媒を介したプロトン共役型電子移動(PCET)機構によってN-アルキルアミドのN-H結合を均等開裂させることに成功した。こうして生じさせたアミジルラジカルを水素原子移動(HAT)媒体として用いることで、遠隔位の不活性C(sp3)-H結合を位置選択的に切断し、C-C結合形成を進行させる系を開発した。

“Catalytic alkylation of remote C–H bonds enabled by proton-coupled electron transfer”
Choi, G. J.; Zhu, Q.; Miller, D. C.; Gu, C. J.; Knowles, R. R.* Nature 2016, 539, 268. doi:10.1038/nature19811

問題設定と解決した点

 N-アルキルアミドN-H結合の結合解離自由エネルギー(BDFE)は107-110 kcal/molと非常に大きいため、均等開裂から生成するアミジルラジカルは有望なHAT触媒になりうる。しかしながらN-アルキルアミドN-H結合を選択的に均等開裂できる触媒は過去報告されていなかった。古典的手法としては、酸化的活性化された窒素原子からアミジルラジカルを発生させ、不活性な脂肪族C-H結合を切断する方法が知られている(Hofmann-Löffler-Freytag反応)。しかしながらこの場合には活性化基が最終生成物に組み込まれてしまうため、C-C結合形成へと展開することは困難であった。

 本論文ではイリジウム可視光レドックス触媒と弱いホスフェート塩基を協働させることでアミジルラジカルを系中生成させ、近傍に存在するC-H結合の選択的切断、引き続くC-C結合形成に成功した。

PCET機構によるアミジルラジカルの生成(冒頭論文より引用)

技術や手法の肝

通常切断の難しい N-アルキルアミドN-H結合の均等開裂を、PCET過程を通じて達成したことが鍵である。以前のKnowlesらの研究(N-アリールアミドN-H結合のPCET均等開裂[1, 2]) によってPCETが進行しうる成分の組み合わせをある程度予測可能になっていた。これをもとに、より強力なPCET触媒系を見出したことが本反応の成功につながっている。これにより生じたアミジルラジカルが、アミド窒素γ位C-Hを分子内切断する形式で進行する。

想定触媒サイクル(冒頭論文より引用)

主張の有効性検証

①反応条件の最適化

塩基としてtetrabutylammonium dibutylphosphate を用いることは以前の報告[1]と変わらないが、光触媒をより電子不足な構造(下図Ir-CF3 cat)にチューニングし、パフォーマンスを向上させている。

②基質一般性

安定な3級ラジカルを生成するメチンC-Hだけでなく、メチレンC-Hを標的としても反応が進行する。環境的に類似するメチンC-Hを複数持つ基質でも、位置選択的に反応が進行する。ヘテロ原子α位CーHでも同様に反応が進行。いずれも位置選択性はほぼ完璧であり、1,5-水素原子引き抜きを十分な精度をもって制御した例と言える。

制限として、アルキルエノンやアリールエノンでは反応が進行するが、アクリル酸エステルやアクリルアミドでは目的物がほとんど得られない。これは生成するαカルボニルラジカルからの還元がこのIr触媒系では困難となるためだと考察されている。対応策としてより反応性の高いジカルボニル化合物を用いることで解決している。ベンズアミド側は許容度が比較的大きい。

分子間でのC-H引き抜きも進行するが、当量のベンズアミドの使用と加熱(60℃)が必要。

反応生成物の抜粋

③反応機構の考察

Stern-Volmer assayによってエネルギー移動を起こす組み合わせを調べている。N-ethyl-4-methoxybenzamideそれ自体は光触媒を消光させないが、系内にリン酸塩を一定量入れることで消光が濃度依存的に確認される。

リン酸塩のみでも消光は起こるが、濃度非依存的である。またNMR実験より当量のリン酸塩がIr触媒の化学シフトを変化させることも確認されている。これらの結果より、リン酸塩は触媒に直接作用しうると考えられる。この事実はリン酸塩の量を増やすと収率が減少してしまう結果とも合致する。

次に読むべき論文は?

  • 同時期にTom Rovisらによって報告された同様の反応系[3]は、是非比較しながら読んでみたいところ。

参考文献

  1. Choi, G. J.; Knowles, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 9226. DOI: 10.1021/jacs.5b05377
  2. Miller, D. C.; Choi, G. J.; Orbe, H. S.; Knowles, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13492. DOI:10.1021/jacs.5b09671
  3. Chu, J. C. K.; Rovis, T. Nature 2016, 539, 272. doi:10.1038/nature19810

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
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. スイスでポスドクはいかが?
  2. 「コミュニケーションスキル推し」のパラドックス?
  3. 科学とは「世界中で共有できるワクワクの源」! 2018年度ロレア…
  4. 「赤チン」~ある水銀化合物の歴史~
  5. 反応機構を書いてみよう!~電子の矢印講座・その2~
  6. ダウとデュポンの統合に関する小話
  7. ヒト遺伝子の ヒット・ランキング
  8. 有機合成化学協会誌2019年6月号:不斉ヘテロDiels-Ald…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 天然物の全合成―2000~2008
  2. 有機・高分子関連技術が一堂に会す「オルガテクノ2005」開催へ
  3. トムソン:2007年ノーベル賞の有力候補者を発表
  4. ヒト遺伝子の ヒット・ランキング
  5. ノーコードでM5Stack室内環境モニターを作ろう
  6. トリニトロトルエン / Trinitrotoluene (TNT)
  7. 天秤で量れるのは何mgまで?
  8. ACS Macro Letters創刊!
  9. 常温常圧アンモニア合成~20年かけて性能が約10000倍に!!!
  10. Reaxysレクチャー&第9回平田メモリアルレクチャー

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年4月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

注目情報

注目情報

最新記事

松田 豊 Yutaka Matsuda

松田 豊(まつだゆたか, 1985年07月04日-)は、抗体薬物複合体(ADC)の製造技術を開発して…

化学産業のサプライチェーンをサポートする新しい動き

長瀬産業株式会社、ナガセ情報開発株式会社は、2023年2月1日より、化学品ドキュメントの配付管理ツー…

シクロデキストリンの「穴の中」で光るセンサー

第468回のスポットライトリサーチは、上智大学理工学部 物質生命理工学科 分析化学研究グループ(早下…

Excelでできる材料開発のためのデータ解析[超入門]-統計の基礎や機械学習との違いを解説-

 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影響を受け、従来の経験と勘によ…

超原子価ヨウ素反応剤を用いたジアミド類の4-イミダゾリジノン誘導化

第468回のスポットライトリサーチは、岐阜薬科大学  合成薬品製造学研究室(伊藤研究室)に所属されて…

研究室でDIY!ELSD検出器を複数のLCシステムで使えるようにした話

先日のBiotage Selekt + ELSDの記事でちらっと紹介した、ELS…

第37回ケムステVシンポ「抗体修飾法の最前線 〜ADC製造の基盤技術〜」を開催します!

修論・卒論・博士論文で大忙しの2,3月ですが、皆さんいかがお過ごしでしょうか。まとめ作業とデスク…

有機合成化学協会誌2023年1月号:[1,3]-アルコキシ転位・クロロシラン・インシリコ技術・マイトトキシン・MOF

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2023年1月号がオンライン公開されました。す…

飲む痔の薬のはなし1 ブロメラインとビタミンE

Tshozoです。あれ(発端記事・その後の記事)からいろいろありました。一進一退とはいえ、咀…

深紫外光源の効率を高める新たな透明電極材料

第467回のスポットライトリサーチは、東京都立大学大学院 理学研究科 廣瀬研究室の長島 陽(ながしま…

Chem-Station Twitter

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