[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

配位子だけじゃない!触媒になるホスフィン

[スポンサーリンク]

N–N結合形成反応を触媒する環状ホスフィンが報告された。四員環ホスフィン(ホスフェタン)を触媒とし、シランを再還元剤に用いることで、脱酸素化が律速段階となるN–N結合形成反応が進行する。

ホスフィンを触媒として用いる

三配位ホスフィンは、酸素原子の良い受容体であり、Wittig反応光延反応をはじめとした、脱酸素化を駆動力とする多くの有用な反応に用いられる。

しかしながら、これらの反応には当量のホスフィンオキシドが副生するという問題が残る。近年では、ホスフィンオキシドを再還元することで、ホスフィンを触媒的に用いる反応開発が行われている。

これを達成するためには、ホスフィンオキシドの選択的還元剤と温和な還元剤でも容易に還元されうるホスフィンオキシドの設計が重要となる。

O’Brienらは、五員環ホスフィン1と再還元剤としてジフェニルシランを用いることで、Wittig反応を触媒的に進行させることに成功した(図1A)[1]。環状ホスフィンの歪みエネルギー解消が温和な還元剤を利用できる所以である。

さらに、マサチューセッツ工科大学のRadosevich准教授らは、より構造的に歪んだ四員環の環状ホスフィンであるホスフェタンオキシド2·[O]を触媒に用いると、五員環ホスフィンとは異なった反応性を示すことを報告した(図1B)[2]。α-ケトエステルに対し、カルボン酸存在下、1を触媒に用いると還元体4が得られるが、2を用いることで縮合体5を与える。

今回、Radosevich准教授らは、古くから知られているN–N結合形成を含むインダゾール合成法(カドガンインダゾール合成法)を、ホスフェタンオキシド3·[O]によって触媒的に進行させることに成功したので紹介する(図1C)[3]。さらに、量子化学計算により、反応の進行に対するホスフェタン骨格の構造的利点を明らかとした。

図1. ホスフィン触媒と脱酸素化反応

 

A Biphilic Phosphetane Catalyzes N−N Bond-Forming Cadogan Heterocyclization via PIII/PV=O Redox Cycling

Nykaza, T. V.; Harrison, T. S.; Ghosh, A.; Putnik, R. A.; Radosevich, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 6839.

DOI: 10.1021/jacs.7b03260

論文著者の紹介


研究者:Alex T. Radosevich

研究者の経歴:
2002 B.S. University of Notre Dame, In (Prof. Olaf G. Wiest)
2007 Ph.D, The University of California Berkeley, CA (Prof. F. Dean Toste)
-2010 Posdoc, Massachusetts Institute of Technology, MA (Prof. Daniel G. Nocera)
-2016 Assistant Professor, The Pennsylvania State University, PA
present Associate Professor, Massachusetts Institute of Technology, MA
研究内容:触媒開発(特にリン化合物の触媒開発)

論文の概要

ベンゾアルジミンに対し、触媒量のホスフィンオキシド3·[O]とその再還元剤フェニルシランを100℃、トルエン中作用させることで、既存の手法(150℃, neat)より温和な条件下、対応するインダゾールが得られた(図2A)。

この反応条件は幅広い基質に対して有効であり、o-ニトロアゾベンゼンからはベンゾトリアゾールが得られた。一方で、複数のニトロ基が置換した基質を用いると反応は低収率にとどまった。

本反応が良好に進行した大きな要因は、ホスフィンとして構造的に歪んだホスフェタン3を用いた点である。

本反応は、ニトロ基とホスフィンの(3+1)キレトロピック付加が律速段階であり、続く二度の脱酸素化によりN–N結合が形成し目的物が得られる 。これらの基質を単純化し、P-メチルホスフェタン(3′)とトリメチルホスフィンによるニトロメタンの脱酸素化(図2B)について、DFT計算により活性化エネルギーを比較した結果、3′を用いた場合の活性化エネルギーの方が小さくなることがわかった。遷移状態TS1の歪曲·相互作用エネルギー分析によると、歪曲エネルギー(ΔEd=ΔEdN+ΔEdP)はいずれのホスフィンを用いた場合でも同程度であった。

一方で、相互作用エネルギー(ΔEi)による分子の安定化は3′を用いた場合に大きく、活性化エネルギー(ΔE)が小さくなったと考えられる(図2C)。ただし、ホスフィンの構造の違いによる相互作用エネルギーへの影響は、フロンティア軌道計算により裏付けられている。詳細は本論文を参照されたい。

図2. インダゾール合成の基質適用範囲/遷移状態と活性化エネルギー

 

以上、ユニークな歪みのあるホスフィンであるホスフェタンを用いて、反応の触媒化に成功するだけでなく、より温和な条件で反応を進行させることに成功した。今後はより高度な還元的変換反応の触媒化に期待したい。

参考文献

  1. O’Brien, C. J.; Tellez, J. L.; Nixon, Z. S.; Kang, L. J.; Carter, A. L.; Kunkel, S. R.; Przeworski, K. C.; Chass, G. A. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6836. DOI: 10.1002/anie.200902525
  2. Zhao, W.; Yan, P. K.; Radosevich, A. T. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 616. DOI: 10.1021/ja511889y
  3. Cadogan, J. I. G.; Mackie, R. K. Synth. 1968, 48, 113. DOI: 10.15227/orgsyn.048.0113
The following two tabs change content below.
山口 研究室
早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. Reaxys PhD Prize再開!& クラブシンポ…
  2. DNAのもとは隕石とともに
  3. Googleマイマップを持って学会に出かけよう!
  4. 密着型フィルムのニューフェイス:「ラボピタ」
  5. カルボン酸をホウ素に変換する新手法
  6. LSD1阻害をトリガーとした二重機能型抗がん剤の開発
  7. 構造式を美しく書くために【準備編】
  8. オペレーションはイノベーションの夢を見るか? その2

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. サイエンスアゴラ2015総括
  2. 酢酸ビニル (vinyl acetate)
  3. 岡本佳男 Yoshio Okamoto
  4. 有機合成化学協会誌2017年7月号:有機ヘテロ化合物・タンパク質作用面認識分子・Lossen転位・複素環合成
  5. ケー・シー・ニコラウ K. C. Nicolaou
  6. スルホニルフルオリド
  7. 究極の脱水溶媒 Super2(スーパー スクエア):関東化学
  8. 採用面接で 「今年の日本化学会では発表をしますか?」と聞けば
  9. ケミカルバイオロジー chemical biology
  10. ノーベル化学賞2011候補者一覧まとめ

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

柔軟な小さな分子から巨大環状錯体を組み上げる ~人工タンパク質への第一歩~

第205回のスポットライトリサーチは、お茶の水女子大学 基幹研究院自然科学系・三宅 亮介 先生 にお…

光触媒を用いるスピロ環合成法が創薬の未来を明るく照らす

可視光光触媒を用いたスピロ環骨格構築法が報告された。創薬分野においてsp3炭素豊富な骨格は、構造、活…

日本初の化学専用オープンコミュニティ、ケムステSlack始動!

もし日常的に、様々な分野の日本中の化学徒・研究者と、最先端の化学について自由闊達に議論を交わし合い、…

HACCP制度化と食品安全マネジメントシステムーChemical Times特集より

関東化学が発行する化学情報誌「ケミカルタイムズ」。年4回発行のこの無料雑誌の紹介をしています。…

農薬メーカの事業動向・戦略について調査結果を発表

 この程、TPCマーケティングリサーチ株式会社(本社=大阪市西区、代表取締役社長=川原喜治)は、農薬…

書店で気づいたこと ~電気化学の棚の衰退?~

Tshozoです。少し短いですが以前から気になっていたので書いておきます。また少々電気化学系…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP