銀触媒による1,3-ジカルボニル化合物のC–C結合開裂を伴うC–P結合の形成が報告された。合成中間体や生物活性化合物として有用なβ-ケトホスホネートを合成する新手法である。

1,3-ジカルボニル化合物のC–C結合切断を伴うC–X結合形成反応

炭素－炭素結合(C–C)は有機分子骨格を構成する化学結合である。そのため、C–C結合形成反応は多く知られているが、C–C結合の切断(開裂)を伴う官能基化反応は形成反応に比べて例が少ない。特定のC–C結合を選択的に切断することが困難であること、C–C結合のs結合が熱力学的に安定であることが主たる原因である。

一方最近、汎用ビルディングブロックである「1,3-ジカルボニル化合物」のC–C結合の切断を伴う官能基化反応がいくつか報告されている。

例えば、Leiらは1,3-ジケトンの銅触媒によるC–C結合の開裂を介したα-アリールケトンの合成を報告した(図1A)^[1]。また、Jiaoらは、銅触媒を用いた酸化的エステル化反応によるα-ケトエステルの合成法の開発に成功した(図1B)^[2]。さらに、Bolmらは銅触媒存在下、1,3-ジカルボニル化合物とジスルフィド化合物とのカップリング反応によるC–S結合の形成を報告した(図1C)^[3]。これらの反応には主に銅触媒が使われている。

今回西南大学のPeng教授らは、1,3-ジカルボニル化合物のC–C結合開裂に伴う、炭素－リン結合(C–P結合)の形成に挑戦した。

その結果、銀触媒をもちいて1,3-ジカルボニル化合物とホスホネートの変換反応の開発に成功したため紹介する(図1D)。本手法により官能基化されたβ-ケトホスホネートへの新たなアクセスを実現した。

図1. 遷移金属触媒によるC–C結合開裂を伴うC–X結合の形成反応

“Silver-Catalyzed Oxidative C(sp³)–P Bond Formation through C–C and P–H Bond Cleavage”

Li, L.; Huang, W.; Chen, L.; Dong, J.; Ma, X.; Peng, Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 10539.

DOI: 10.1002/anie.201704910

論文著者の紹介

研究者：Yungui Peng

研究者の経歴：
1997 北京師範大学修士課程修了
2000 香港大学博士課程修了
2001 西南大学副教授
2005 西南大学教授
研究内容：医農薬をはじめとする精密化学品の合成法の開発

論文の概要

本反応は、AgOAc触媒と当量の酸化剤(K₂S₂O₈)存在下1,3-ジカルボニル化合物2に対し、水中、ホスホネート1を作用させると、C–C結合の切断とC–P結合の形成が進行したβ-ケトホスホネート3を与える(図2A)。

本反応の適用例は33種類報告されており、それらの一部を示す(図2B)。

本反応は1,3-ジケトンが主であるが、β-ケトエステルやβ-ケトアミドなどにも適用でき、その場合エステルまたはアミド側のC–C(CO)結合が切断される。一方、1,3-ジケトン2において、カルボニルのα位(=R¹またはR³)に芳香環がある場合は反対側のC–C(CO)結合が切断される。

その芳香環の置換基は、電子求引基あるいは電子供与基でもよく、また、複素環式化合物(ピリジン・ベンゾフラン・チオフェン)であっても対応するβ-ケトホスホネート3cが得られる。非対称な1,3-ジケトン2(R¹とR³で異なる置換基を有する芳香環)の場合、より電子不足な置換基をもつカルボニル側のC–C(CO)結合が切断される(論文参照)。さらに、2の活性メチレン部位(R²)にアルキル基があっても反応が進行する。

以下に、種々の対照実験を考慮した推定反応機構を示す(図2C)。

まずホスホネート4が銀触媒と反応し、ラジカル種4’を生成する。4’が1,3-ジカルボニル化合物のエノール体5と反応し6となる。その後6は銀触媒により酸化され6’となり、水の求核攻撃をうけてカルボン酸として脱離し7を生成する。この際、より求電子性の高いカルボニル基へ水が求核攻撃を行う。7はケトエノール互変異性によってβ-ケトホスホネート7’となる。

図2. β-ケトホスホネートの合成と想定反応機構

以上本法は、空気下でも反応が進行し、酸や塩基を用いることなく酸化的に広範な1,3-ジカルボニル化合物をβ-ケトホスホネートに誘導できるため有用な手法である。

 参考文献

1. He, C.; Guo, S.; Huang, L.; Lei, A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8273. DOI: 10.1021/ja1033777
2. Zhang, C.; Feng, P.; Jiao, N. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15257. DOI: 10.1021/ja4085463
3. Zou, L. H.; Priebbenow, D. L.; Wang, L.; Mottweiler, J.; Bolm, C. Synth. Catal. 2013, 355, 2558. DOI: 10.1002/adsc.201300566
4. 1,3-ジカルボニル化合物を中間体とした鉄/銅触媒によるC–P結合形成反応は報告されている　Zhou, Y.; Rao, C.; Mai, S.; Song, Q. Org. Chem. 2016, 81, 2027. DOI: 10.1021/acs.joc.5b02887
5. α,β-不飽和ケトンの銅触媒によるC–P結合形成反応も同時期に報告されていた Fu, Q.; Yi, D.; Zhang, Z.; Liang, W.; Chen, S.; Yang, L.; Zhang, Q.; Ji, J.; Wei, W. Chem. Front., 2017, 4, 1385. DOI: 10.1039/c7qo00202e