電気化学と金属触媒をあわせ用いてアルケンのジアジド化を制す

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化学者のつぶやき

電気化学と金属触媒をあわせ用いてアルケンのジアジド化を制す

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電気化学的アプローチからMn触媒を用いてアルケンをジアジド化する手法が開発された。本手法は、従来のビシナルジアミンの合成に比べより広い基質範囲に適用可能である。

アルケンのジアジド化

ビシナルジアミンは、医薬品、分子触媒など多岐にわたる有用化合物群に頻出する骨格である。

ビシナルジアミンの最も直截的な合成法として、アルケンに対し二つのアミノ基を導入する手法が挙げられる(図1A)^[1][2]。しかしこの方法は、化学量論量の重金属や特殊な窒素化剤を必要とする上、基質範囲に制限があることが多い。

一方で、アルケンのジアジド化は、生じる1,2-ジアジドを容易に還元できることから、ビシナルジアミン合成における魅力的な代替経路として注目される(図1B)^[3][4]。

ただ、既存の方法では、ペルオキソニ硫酸塩や超原子価ヨウ素など強い酸化剤を必要とし、酸化耐性の低い官能基をもつ基質の使用が困難であること、高環境負荷な副生成物の生成、アジド化剤との反応による爆発の危険性が問題視されていた。

近年、触媒的手法が開発されてはいるものの、有毒なトリメチルシリルアジドをアジド源とし触媒の再酸化剤として超原子価ヨウ素の使用が必須である。

今回、コーネル大学のLin助教授らは、Mn触媒と電気化学的手法をあわせ用いることでアルケンをジアジド化する合成法を開発した(図1C)。入手容易なアジ化ナトリウムをアジド源として用いており、既存の方法より穏やかな条件下で進行する。さらに、本手法では、様々な官能基を持つアルケンに対してジアジド化の適用に成功したので紹介する。

図1. アルケンのビシナルジアミン合成

Metal-catalyzed electrochemical diazidation of alkenes”

Fu, N.; Sauer, G. S.; Saha, A.; Loo, A.; Lin, S. Science2017, 357, 575.

DOI: 10.1126/science.aan6206

論文著者の紹介

研究者：Song Lin

研究者の経歴：
-2008 B.S., Peking University
2013 Ph.D., Harvard University (Prof. Eric N. Jacobsen)
2013-2016 Posdoc, University of California, Berkeley (Prof. Christopher J. Chang)
2016- Assistant Professor, Cornell University, NY
研究内容：電気化学を用いた有機合成、不斉触媒反応の開発、新規有機材料の開発

論文の概要

Lin助教授らは陽極酸化によりアジ化ナトリウムからアジドラジカルを生じさせ、これが連続的にアルケンへラジカル付加することでジアジド化が進行すると想定した(図2A)。

しかし、このような電気化学的手法のみ用いた場合、一段階目のアジドラジカルの付加は進行するが、ラジカル中間体Iへの二段階目の付加が進行せず、多くの副生成物1b–1cが得られた。

種々検討を重ね、Lin助教授らは電気化学的手法にMn触媒を併用することでこの問題点を解決した。すなわち、二価のMn触媒の導入により、本反応の鍵となる三価のマンガンアジド錯体(Mn^III–N₃)が形成され、ラジカル中間体Iから二段階目のC–N結合形成が進行しジアジド化できることが明らかになった。

本反応の基質適用範囲は極めて広い(図2B)。末端アルケンや四置換アルケンを含む内部アルケンまで収率よくジアジド化できる。二重結合性の高いインドールやベンゾフランの脱芳香族を伴うジアジド化も示されている。

また、一部ジアステレオ比に課題は残るものの、環状アルケンを用いた際トランス体が主生成物として得られることがわかった。アルコールやアルデヒド、アミンなど酸化条件に不安定な官能基や、エポキシド、ハロゲン化アルキルなど高反応性官能基に対する高い官能基耐性をもっている。

以上のように、電気化学的手法と遷移金属触媒との併用という新規反応形式もさることながら、本手法の基質適用範囲からインパクトは大きい。今後、本手法のような電気化学と触媒的手法をあわせ用いた戦略とそれにより可能となるラジカル変換反応が、実践的な合成化学や創薬化学において広く適用されていくことに期待したい。

図2. アルケンの電気化学的ジアジド化のメカニズムと基質適用範囲

参考文献

Chong, A. O.; Oshima, K.; Sharpless, K. B. J.Am. Chem. Soc. 1977, 99, 3420. DOI: 10.1021/ja00452a039
Zhu, Y.; Cornwall, R. G.; Du, H.; Zhao, B.; Shi, Y. Chem. Res. 2014, 47, 3665. DOI: 10.1021/ar500344t
Minisci, F. Chem. Res. 1975, 8, 165. DOI: 10.1021/ar50089a004
Yuan, Y.-A.; Lu, D.-F.; Chen, Y.-R.; Xu, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 534. DOI: 10.1002/anie.201507550