[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

近傍PCET戦略でアルコキシラジカルを生成する

[スポンサーリンク]

2016年、プリンストン大学・Robert Knowlesらは、 可視光レドックス触媒を用いることでアルコールから直接的にアルコキシラジカルを発生させることに成功した。また続くC-C結合開裂により、環状3級アルコールからの鎖状ケトン合成を達成した。本反応のキモは分子内プロトン共役型電子移動(PCET)によるアルコールからのアルコキシラジカル生成である。

“Catalytic Ring-Opening of Cyclic Alcohols Enabled by PCET Activation of Strong O–H Bonds”

Yayla, H. G.; Wang, H.; Tarantino, K. T.; Orbe, H. S.; Knowles, R. R.* J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10794–10797. DOI: 10.1021/jacs.6b06517

問題設定と解決した点

 アルコキシラジカルは生成後、水素原子移動(HAT)かβ-開裂のどちらかの反応を起こすことが知られている。有用な合成中間体である一方、ヒドロキシ基O-H結合のBDEの高さ(105 kcal/mol)ゆえ、アルコールからアルコキシラジカルを直接的に発生させる方法はこれまで知られていなかった。

 Knowlesらは培ってきた光触媒によるPCET活性化法を応用することで、この問題への解決を試みた。

 

技術と手法の肝

 本反応の鍵は近傍電子移動を活用したPCET過程にある。

 PCET過程によると、一電子酸化剤とブレンステッド塩基が協奏的に働くことによって、基質からプロトンと電子が同時に奪われ、酸化的にO-H結合の開裂が起きる過程が速度論的に有利となる。

 一方で、近傍にアリールラジカルカチオンを据えておくと、近接したアルコールからアルコキシラジカルが生じる事実が知られている[1]。Knowlesらはこれに着目して検討を行った。

 

主張の有効性検証

①反応条件の最適化

 冒頭図のようなPMP置換シクロヘキサノールを用いて条件検討を行っている。広く用いられているIr(dF(CF3)ppy)2(dtbbpy)(PF6)(1.22V vs SCE)では基質の酸化を行えず、より酸化力の強いIr-dCF3錯体 (1.30V vs SCE、冒頭図)を用いている。

 光・光触媒・ブレンステッド塩基いずれが欠けても反応は進行しない。

 チオフェノールなしでも50%収率で反応は進行することから、おそらくコリジンのベンジル位C-HでHATを起こす経路が競合していると考えられる。

②基質一般性の検討

 非対称化合物を基質とする場合、安定なラジカルを生成する方向で反応は進行する(ヘテロ原子隣接位など)。PMP に近いアルコールと遠いアルコールで、選択的な反応が可能(ステロイドの例)。鎖状アルコールでも同様のβ-開裂を起こしてケトンを与える。ラジカル捕捉剤をチオフェノールから変更することで、各種ハロゲン化も可能。PMP置換位置はアルコールα位でなくてもよく、γ位程度までは許容される。

③反応機構に関する示唆

 Stern-Volmer実験により、励起状態にあるIr(III)触媒と基質間との電子のやり取りは、PMPの1電子酸化のみであることを示している。

 続くO-H結合の開裂は、PT/ETでなく、PCETで進行していると考察されている。アルコールプロトンををコリジンで引き抜く過程が不利である(ΔGo = +34 kcal/mol)こと、Ir(II)とアリールラジカルカチオンの逆反応が有利である(ΔGo = -53 kcal/mol)ことを理由として挙げている。

 PCETの過程はエネルギー的に有利であり(ΔGo = -1 kcal/mol)、δ位より遠隔にPMPが存在すると反応が進行しづらく成るという実験結果ともおおむね一致する。

 また、アリール基をPMPから他の電子豊富なものに変え、塩基との組み合わせも様々に変えてBDFEごとに反応進行を調査している。その結果、102 kcal/mol近くかそれを超える組み合わせでは反応は進行することがわかった。PCET が起こるか否かを予測するのに有用な情報といえる。

冒頭論文より引用

議論すべき点

  • この概念をHAT触媒に応用することを考えた場合、光触媒とPMP基の間で電子移動起こるかどうかをまず調べるのが効率的。Mechanism-Based Screening はこの目的にかなり使い勝手の良い考え方となる。
  • アルコキシラジカルからC-C 開裂とHAT が起こる速度もいろいろと調べられている。

参考文献

  1. Baciocchi, E.; Bietti,M.; Lanzalunga, O. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 243. DOI: 10.1021/ar980014y
Avatar photo

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. マテリアルズ・インフォマティクス適用のためのテーマ検討の進め方と…
  2. SFTSのはなし ~マダニとその最新情報 後編~
  3. 2018年ケムステ人気記事ランキング
  4. 嗚呼、美しい高分子の世界
  5. 生きた細胞内でケイ素と炭素がはじめて結合!
  6. センチメートルサイズで均一の有機分子薄膜をつくる!”…
  7. アメリカ化学留学 ”実践編 ー英会話の勉強ーR…
  8. 人事・DX推進のご担当者の方へ〜研究開発でDXを進めるには

注目情報

ピックアップ記事

  1. カルボン酸を触媒のみでアルコールに還元
  2. 化学コミュニケーション賞2023を受賞しました!
  3. 【26卒】太陽HD研究開発 1day仕事体験
  4. 世界⼀包括的な代謝物測定法の開発に成功〜ワンショットで親⽔性代謝物を⾼感度かつ網羅的に測定!〜
  5. ロドデノール (rhododenol)
  6. 生体分子を活用した新しい人工光合成材料の開発
  7. 庄野酸化 Shono Oxidation
  8. 兄貴達と化学物質
  9. Reaxys PhD Prize再開!& クラブシンポジウム2019参加者募集
  10. CETP阻害剤ピンチ!米イーライリリーも開発中止

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
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  

注目情報

最新記事

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題も。

2024年11月20日、エーザイ株式会社は、筋萎縮性側索硬化症用剤「ロゼバラミン…

第23回次世代を担う有機化学シンポジウム

「若手研究者が口頭発表する機会や自由闊達にディスカッションする場を増やし、若手の研究活動をエンカレッ…

ペロブスカイト太陽電池開発におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用

持続可能な社会の実現に向けて、太陽電池は太陽光発電における中心的な要素として注目…

有機合成化学協会誌2025年3月号:チェーンウォーキング・カルコゲン結合・有機電解反応・ロタキサン・配位重合

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年3月号がオンラインで公開されています!…

CIPイノベーション共創プログラム「未来の医療を支えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第105春季年会(2025)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「未来の医療…

OIST Science Challenge 2025 に参加しました

2025年3月15日から22日にかけて沖縄科学技術大学院大学 (OIST) にて開催された Scie…

ペーパークラフトで MOFをつくる

第650回のスポットライトリサーチには、化学コミュニケーション賞2024を受賞された、岡山理科大学 …

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