[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ピリジン-ホウ素ラジカルの合成的応用

[スポンサーリンク]

南京大学のShuhua Liらは、4-シアノピリジンとビス(ピナコラト)ジボラン(B2pin2)の組み合わせがホウ素-ホウ素結合を均等開裂させることを見いだし、エノンとピリジン4位間でのラジカルカップリングに応用した。光や金属を使うことなくボリルラジカル種を生成させ、合成的に活用できる新たなコンセプトである。

“Metal-Free Synthesis of C‑4 Substituted Pyridine Derivatives Using Pyridine-boryl Radicals via a Radical Addition/Coupling Mechanism: A Combined Computational and Experimental Study”
Wang, G.; Cao, J.; Gao, L.; Chen, W.; Huang, W.; Cheng, W.*; Li, S.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3904. DOI: 10.1021/jacs.7b00823

問題設定と解決した点

 ホウ素-ホウ素(B-B)結合の開裂は、通常は不均等開裂形式で進行する。例えば強塩基、遷移金属、NHCリガンドを用いてこれを行い、ボリルアニオンとして合成反応に用いる報告は多数知られている[1]。しかしながら強固なB-B結合を均等開裂させることは通常困難である。また、4-位置換ピリジンの医薬、機能性材料としての有用性から、これまでにない新規合成戦略の開拓も望まれていた。

 著者らは最近、4-シアノピリジンをルイス塩基として用いることでB-B結合を均等開裂させる方法を報告した[2]。生じたボリルラジカル種は、ヒドラジンやスルフィド、キノンを還元できることが示されていた。これがピリジン導入試薬として使えるとの発想から、表題の研究に取り組んでいる。

技術や手法のキモ

 中間体と目されるピリジン⁻ボリルラジカル種をDFT計算すると、C4位のスピン密度が高いことが見いだされた。これがボリルラジカル+ピリジン炭素ラジカルの”bifunctional reagent”として機能するのではないかとの着想が研究の発端となっている。またこのラジカル生成過程は可逆であり、ピリジン-ボリルラジカルはpersistent radicalであることも示されている。

画像は論文SIより引用


主張の有効性検証

想定される反応機構は以下の通りだが、これをいくつかの手法で裏付けている。

①計算化学による検証

シクロヘキセノン(2b)がピリジン-ボリルラジカル(1)のホウ素と反応してInt2を与える。B-O結合が強いため、Int2は原系から1.8kcal/molしか不安定化を受けていない。

そこからさらに1と反応する経路だが、1,2-付加と1,4-付加の二通りが考えられる。計算からは、1,4-付加体(Int3)のほうが1,2-付加体(Int4)よりも熱力学的に安定であることが示される。しかしながら生成系と遷移状態のエネルギー差は1,2-付加経路のほうが小さいため逆反応が進行しうるとの考察から、Int3Int4間での可逆平衡の存在が仮定された。

エネルギー図は論文より引用

②実験による検証

主には以下の事実から提唱反応機構がサポートされると主張している。

  1. 高温で反応を行うと1,2-/1,4-の選択性が1,4-付加側に寄る。
  2. Int3からpinB-CNが脱離した化学種がHRMSで観測される。
  3. 中間体のボロンエノラートが分子内CN基でトラップされる。
  4. ラジカルクロック実験によりシクロプロパン開環体が得られる。

③基質一般性

 エノンへの付加では1,4-付加が優先するが、少しの立体障害の影響でも選択性が大きく落ちてしまう。C3-置換ピリジンはある程度の官能基許容性があり、遷移金属を用いる場合に障害となるチオールやハロピリジンも許容される。C2-置換ピリジンでは反応は進行しない(立体障害の影響)。アルデヒド、ケトン、イミンへの反応も可能。多官能基性化合物のLate-Stage官能基化にも使える。


議論すべき点

  • 計算化学主導で物事を前に進めている反応開発のストーリーはユニークであり、著者のバックグラウンドが最大限に活きた研究になっている。発展性とオリジナリティの高い化学である。

次に読むべき論文は?

  • 同時期に登場した、類似コンセプトに基づくアリールハライドのボリル化[3]

参考文献

  1. Review: Dewhurst, R. D.; Neeve, E. C.; Braunschweig, H.; Marder, T. B. Chem. Commun. 2015, 51, 9594. DOI: 10.1039/C5CC02316E
  2. Wang, G.; Zhang, H.; Zhao, J.; Li, W.; Cao, J.; Zhu, C.; Li, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5985. DOI: 10.1002/anie.201511917
  3. Zhang, L.; Jiao, L. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 607. DOI: 10.1021/jacs.6b11813
The following two tabs change content below.
cosine

cosine

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. 反応の選択性を制御する新手法
  2. ChemDraw for iPadを先取りレビュー!
  3. 研究室での英語【Part 2】
  4. エナンチオ選択的Heck反応で三級アルキルフルオリドを合成する
  5. 博士課程と給料
  6. e.e., or not e.e.:
  7. Impact Factorかh-indexか、それとも・・・
  8. 2015年ケムステ人気記事ランキング

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 日本薬学会第137年会  付設展示会ケムステキャンペーン
  2. 堀場氏、分析化学の”殿堂”入り
  3. 「引っ張って」光学分割
  4. 中西香爾 Koji Nakanishi
  5. 置き去りのアルドール、launch!
  6. パッションフルーツに「体内時計」遅らせる働き?
  7. レイモンド・ドウェク Raymond A. Dwek
  8. ジフェニルオクタテトラエン (1,8-diphenyl-1,3,5,7-octatetraene)
  9. 進化する カップリング反応と 応用展開
  10. メビウス芳香族性 Mobius aromacity

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

リチウム金属電池の寿命を短くしている原因を研究者が突き止める

リチウムリオンバッテリー(リチウムイオン二次電池)はPCやスマートフォンなどの電子機器に利用されてい…

研究室でDIY!~エバポ用真空制御装置をつくろう~ ③

さて、前回に引き続いて、「エバポ用真空制御装置の自作」に挑戦しています。前回までの記事では、…

AIによる創薬に新たな可能性 その研究と最新技術に迫る ~米・Insitro社 / 英・ケンブリッジ大学の研究から~

AIの機械学習による創薬が化学業界で注目を集めています。2019年3月に米国サンフランシスコで開催さ…

特長のある豊富な設備:ライトケミカル工業

1. 高粘度撹拌、高温・高圧・高真空に対応可能な反応釜高粘度でも撹拌できる大容量攪拌機と効率用除…

ライトケミカル工業2021年採用情報

当社の技術グループは、20代~30代の若手社員が重要な主要案件を担当しています。広範囲で高レベルな化…

中高生・高専生でも研究が学べる!サイエンスメンタープログラム

研究室に入って本格的な研究を始めるのは、大学4年生からが一般的。でも最近は、中高生が研究に取り組める…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP