[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
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. アメリカの大学院生だってパーティするっつーの! 【アメリカで P…
  2. 分子を見分けるプラスチック「分子刷り込み高分子」(基礎編)
  3. 「化学と工業」読み放題になったの知ってますか?+特別キャンペーン…
  4. ケムステタイムトラベル2010 ~今こそ昔の記事を見てみよう~
  5. アメリカで Ph.D. を取る -Visiting Weeken…
  6. 近況報告Part III
  7. 自宅での仕事に飽きたらプレゼン動画を見よう
  8. 立体選択的な(+)-Microcladallene Bの全合成

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 化学 2005年7月号
  2. シアノヒドリンをカルボン酸アミドで触媒的に水和する
  3. カネカ 日本の化学会社初のグリーンボンドを発行
  4. 「人工タンパク質ケージを操る」スイス連邦工科大学チューリヒ校・Hilvert研より
  5. 地球温暖化-世界の科学者の総意は?
  6. iPhone/iPodTouchで使える化学アプリケーション 【Part 2】
  7. ヴィドマン・ストーマー シンノリン合成 Widman-Stoermer Cinnoline Synthesis
  8. ルーベン・マーティン Ruben Martin
  9. クロスメタセシスによる三置換アリルアルコール類の合成
  10. 第36回「光で羽ばたく分子を活かした新技術の創出」齊藤尚平 准教授

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年6月
« 5月   7月 »
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  

注目情報

注目情報

最新記事

第167回―「バイオ原料の活用を目指した重合法の開発」John Spevacek博士

第167回の海外化学者インタビューは、ジョン・スペヴァセック博士です。Aspen Research社…

繊維強化プラスチックの耐衝撃性を凌ぐゴム材料を開発

名古屋大学大学院工学研究科有機・高分子化学専攻の 野呂 篤史講師らの研究グループは、日本ゼオンと共同…

反応化学の活躍できる場を広げたい!【ケムステ×Hey!Labo 糖化学ノックインインタビュー②】

2021年度科学研究費助成事業 学術変革領域研究(B)に採択された『糖鎖ケミカルノックインが拓く膜動…

UiO-66: 堅牢なジルコニウムクラスターの面心立方格子

UiO-66 は六核ジルコニウムオキシクラスターを SBU に持ち、高い熱安定性 · 化学安定性を示…

危ない試薬・面倒な試薬の便利な代替品

実験室レベルでは、未だに危険な試薬を扱わざるを得ない場合も多いかと思います。tert…

赤外線の化学利用:近赤外からテラヘルツまで

(さらに…)…

【誤解してない?】4s軌道はいつも3d軌道より低いわけではない

3d 遷移金属は、多くが (3d)n(4s)2 という中途半端に 3d 軌道が埋まったまま 4s 軌…

第六回ケムステVプレミアレクチャー「有機イオン対の分子設計に基づく触媒機能の創出」

新型コロナ感染者数が爆増し、春の学会がまたほとんどオンラインになりました。残念で…

生体医用イメージングを志向した第二近赤外光(NIR-II)色素:③その他の材料

バイオイメージングにおけるの先端領域の一つである「第二近赤外光(NIR-II)色素」についての総説を…

自己多層乳化を用いたマトリョーシカ微粒子の調製 〜油と水を混ぜてすぐ固めるだけ〜

岡山大学学術研究院自然科学学域(工)の渡邉貴一研究准教授と同大学院自然科学研究科博士前期課程の安原有…

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