還元的にアルケンを炭素官能基で修飾する

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化学者のつぶやき

還元的にアルケンを炭素官能基で修飾する

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アルケンに二種類の求電子剤を一挙に導入する手法が開発された。還元的条件下、ニッケル触媒を用いることで位置選択的なアルケンの二炭素官能基化を可能にしている。

アルケンの分子間1,2-炭素官能基化反応

アルケンに二つの炭素官能基を一挙に導入する手法は高効率的に多様な化合物を合成することができる。

古典的な手法として、α,β-不飽和カルボニルに対する1,4-付加、生じるエノラートの捕捉による二炭素導入法が知られる。遷移金属触媒を用いた手法も知られており、古くは1982年のCatellani、ChiusoliらのPd触媒を用いたノルボルネンの1,2-炭素官能基化反応まで遡る^1](図1Aa)。

2010年頃になってこの分野は大きく進展し、2011年Sigmanらは1,3-ジエンの、2016年にEngleらは二座配向基をもつアルケンの分子間1,2-炭素官能基化反応を報告した^[2a,b](図 1Ab,c)。また、Liuら、BaranらはそれぞれTogni試薬やredox活性エステルを使い、アルキルラジカル生成を鍵とすることでアルケンの二炭素官能基化反応を開発した^[2c,d](図 1Ad,e)

これらの報告は、形式的には炭素求核剤と求電子剤を用いいることで二つの異なる炭素官能基の導入に成功している。一方、二つの炭素求核剤を反応させる酸化的手法としては、Pd触媒存在下、スチレン及びジエンとアリールスズまたはアルケニルズズとの反応が知られるが、この反応形式では異なる炭素置換基の付加はできていない^[2e](図1B)。

今回、チューリッヒ大学のNevado教授らはNi触媒を用いて、様々なアルケンに対し還元的に二種類の求電子剤を反応させる新たな反応形式二炭素官能基化を開発したので紹介する(図1C)。本手法では有機金属試薬を調製する必要がないため、反応の短工程化が可能といった利点がある。

図1.アルケンの1,2-二炭素官能基化反応

“Nickel-Catalyzed Reductive Dicarbofunctionalization of Alkenes”

García-Domínguez, A.; Li, Z.; Nevado, C. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 6835.

DOI: 10.1021/jacs.7b03195

論文著者の紹介

研究者：Cristina Nevado
研究者の経歴：
-2004 PhD, Autónoma University of Madrid (Prof. Antonio M. Echavarren)
-2007 Posdoc, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (Prof. Alois Fürstner)
-2013 Assistant Professor, University of Zürich
2013- Full Professor, University of Zürich
研究内容：反応開発、天然物の全合成、医薬品設計

論文の概要

Nevadoらは種々のアルケンにNi/dtbbpy触媒存在下、還元剤としてTDAE(tetrakis(dimethylamino) ethylene)を用いることで二種類の求電子剤(ヨウ化アリール、ヨウ化アルキル)を位置選択的に導入する手法を開発した(図2A)。

アリール基はアルケンのα位にアルキル基はβ位に導入される。また、配位性官能基を必要とするものの、様々な末端アルケンで反応が進行している(図 2B)。

位置選択性は想定反応機構に基づいて考えることができる(図2C)。

ここでは要点のみ述べるが、鍵となるのは、本反応がラジカル機構で進行する点と、反応中で生成するアルキルラジカルdの安定性である。

具体的には、系中で生じたNi(I)により3級ヨウ化アルキルから3級ラジカルcが発生する。cはアルケンと反応しdを与えるが、この際安定な2級ラジカルを生成する様にアルキルラジカルcはアルケンの末端炭素と結合する。これにより位置選択性が発現していると考えられる。

一方で、ヨウ化アリールはNi(0)と酸化的付加しaを生成する。このaとdとが反応してbを生成し、bから還元的脱離が進行することでアルキルアリール化体eが得られる。

形式論ではあるものの、本報告はアルケンの二炭素官能基化反応として、新たに還元的手法を提示した。現状適用可能なハロゲン化アルキルが3級ヨウ化アルキルに限られるが、今後の研究により基質一般性の高い改良法が開発されることに期待したい。

図2. アルケンの還元的1,2-二炭素官能基化反応

参考文献

Catellani, M.; Chiusoli, G. P. Tetrahedron Lett. 1982, 43, 4517. DOI: 10.1016/S0040-4039(00)85642-7
Selected examples. (a) Liao, L.; Jana, R.; Urkalan, K. B.; Sigman, M. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5784. DOI: 10.1021/ja201358b (b) Liu, Z.; Zeng, T.; Yang, K. S.; Engle, K. M. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15122. DOI: 10.1021/jacs.6b09170 (c) Wang, F.; Wang, D.; Mu, X.; Chen, P.; Liu, G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10202. DOI: 10.1021/ja504458j (d) Qin, T.; Cornella, J.; Li, C.; Malins, L. R.; Edwards, J. T.; Kawamura, S.; Maxwell, B. D.; Eastgate, M. D.; Baran, P. S. Science 2016, 352, 801. DOI: 10.1126/science.aaf6123 (e) Urkalan, K. B.; Sigman, M. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 3146. DOI: 10.1002/anie.200900218