[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

添加剤でスイッチするアニリンの位置選択的C-Hアルキル化

[スポンサーリンク]

Ru触媒を用いたアニリン誘導体のパラ位アルキル化が開発された。極めて位置選択性が高く、添加剤により選択性をメタ位にスイッチできる。

アニリンの位置選択的アルキル化

芳香族化合物に対して官能基を望みの位置に直接導入できる手法、「位置選択的C-H官能基化反応」は現在世界中で精力的に開発が行われている。

特定の位置のC–H結合を活性化するために「配向基」を用いる手法がある。配向基は遷移金属に配位し、金属が芳香環の近傍C–H結合を活性化、すなわち、芳香環のシクロメタル化反応を補助する(図 1A)(1)。シクロメタル化された金属上で反応が進行すれば、その位置が官能基化された生成物を与える。配向基を工夫した、遠隔のメタ位・パラ位C–H結合の活性化反応も近年開発されている(2)

しかし、配向基をもちいれば常に、芳香環とのシクロメタル化が起こるわけでも、その位置で反応が進行するわけではない。

代表的な置換芳香族化合物であるアニリンの触媒的C–Hアルキル化反応を例に述べる。

Ackermannらはピリミジンを配向基としてもつアニリンのRu触媒によるメタ位選択的アルキル化に成功した(図 1C)(3)。配向基によりオルト位がシクロメタル化されたRu錯体aは、高級アルキルハライドとは反応しない。すなわち、錯体aはσ-アリール金属錯体として働き、パラ位で求電子置換反応を起こす(4)。また、WengとLuらはピコリンアミドを配向基とするアミノナフタレンの触媒的パラ位C–H官能基化を報告している(図 1C)(5)。Cu触媒がピコリンアミド部位に二座配位し(錯体b)、芳香環のシクロメタル化は進行しない。

今回、バース大学のFrost教授らは配向基を用いた芳香族化合物の位置選択的C-H官能基化反応の開発中、Ru触媒を用いたパラ選択的なアニリンのC-Hアルキル化反応を発見した(図 1D)。Ackermanの条件とほぼ同様であるが、Ru触媒は芳香環とシクロメタル化せず、アニリンNと二座配位し、嵩高い置換基をもつアニリン誘導体cとして振る舞い、パラ選択性を発現する。

図1. (A) 芳香族化合物のシクロメタル化反応 (B) アニリンのメタ位アルキル化 (C) アミノナフタレンのパラ位アルキル化 (D) 今回の反応

 

“Ruthenium-Catalyzed para-Selective C–H Alkylation of Aniline Derivatives”

Leitch, J. A.; McMullin, C. L.; Paterson, A. J.; Mahon, M. F.; Bhonoah, Y.; Frost, C. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 15131. DOI: 10.1002/anie.201708961

論文著者の紹介

研究者:Christopher G. Frost

研究者の経歴:
-1991 B.S., University of Loughborough
1991-1994 Ph.D., University of Loughborough
1994-1996 Posdoc, University of Texas (Prof. Philip D. Magnus)
1996-2011 Lecturer, Senior Ledcturer, University of Bath
2011- Professor, University of Bath
研究内容:位置選択的C–H官能基化、タンデム触媒システムの開発、バイオプローブとその導入法の開発

論文の概要

本反応は、TBME中でRu触媒とK2CO3存在下、配向基として5-クロロピリミジンを有するアニリン誘導体1tert-ブロモアルキルエステル2を作用させることで、アニリンのパラ位アルキル化体3を与える (図 2A)種々のアニリン誘導体およびtert-ブロモアルキルエステルを用いても反応は完全なパラ位選択性で進行する。なお、クロロ基はピリミジンの5位がアルキル化されるのを防ぎ、若干3の収率を向上させる。

推定反応機構を図 2Bに示す(論文SI参照)。

まず、Ru錯体のクロロ基が炭酸イオンと置換した錯体A1が反応して錯体Bが生成する。その結果、Bの金属-配向基部位は嵩高い置換基として働く。Ru錯体は同時にtert-ブロモアルキルエステル 2を一電子還元してアルキルラジカルが生成、Bと反応しラジカル中間体Cとなる。Cは、アルキルラジカルを生成した際に生じた三価のRu錯体により一電子酸化され錯体Dとなり、最終的に配向基から金属が解離し、パラ位置換体3を与える。

さらに著者らは、添加剤をK2CO3からKOAc/AcOHに変更すると、アルキル化反応の選択性を切り替えられることを見出した(図 2C)。

DFT計算により炭酸塩存在下および酢酸塩存在下でのRu錯体形成時のギブズ自由エネルギー変化を算出した。その結果より、炭酸塩存在下ではアニリン部位のN–H結合活性化が優先する(錯体Bとなる) ため、パラ選択性が現れるが、酢酸塩存在下ではアニリンのオルト位C–H結合が活性化されやすく(芳香環シクロメタル化体:上述錯体aに当たる)、メタ選択性が発現すると推定している。

図2. (A) アニリンの触媒的パラ位アルキル化反応 (B) 推定反応機構 (C) 反応条件の変更によるメタ選択的反応への変換

 

参考文献

  1. Ackermann, L. Chem. Rev. 2011, 111, 1315. DOI: 10.1021/cr100412j
  2. Ma, W.; Gandeepan, P.; Li, J.; Ackermann, L. Chem. Front. 2017, 4, 1435. DOI: 10.1039/C7QO00134G
  3. Li, J.; Warratz, S.; Zell, D.; Sarkar, S. D.; Ishikawa, E. E.; Ackermann, L. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13894. DOI: 10.1021/jacs.5b08435
  4. Gagliardo, M.; Snelders, D. J. M.; Chase, P. A.; Gebbink, R. J. M. K.;van Klink, G. P. M.; van Koten, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 8558. DOI: 10.1002/anie.200604290
  5. Li, J.-M.; Wang, Y.-H.; Yu, Y.; Wu, R.-B.; Weng, J.; Lu, G. ACS Catal. 2017, 7, 2661. DOI: 10.1021/acscatal.6b03671
山口 研究室

山口 研究室

投稿者の記事一覧

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. ポケットにいれて持ち運べる高分子型水素キャリアの開発
  2. マンガン触媒による飽和炭化水素の直接アジド化
  3. 「人工金属酵素によるSystems Catalysisと細胞内触…
  4. 論文投稿・出版に役立つ! 10の記事
  5. 特定の刺激でタンパク質放出速度を制御できるスマート超分子ヒドロゲ…
  6. ベンゼン環が速く・キレイに描けるルーズリーフ
  7. 静電相互作用を駆動力とする典型元素触媒
  8. 大学の講義を無料聴講! Academic Earth & You…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 秋田の女子高生が「ヒル避け」特許を取得
  2. 不安定化合物ヒドロシランをうまくつくる方法
  3. 第46回藤原賞、岡本佳男氏と大隅良典氏に
  4. ブラシノステロイド (brassinosteroid)
  5. 溶媒としてアルコールを検討しました(笑)
  6. 米国へ講演旅行へ行ってきました:Part II
  7. シンプルなα,β-不飽和カルベン種を生成するレニウム触媒系
  8. 【太陽HD】新卒採用情報(20年卒)
  9. 第27回 生命活動の鍵、細胞間の相互作用を解明する – Mary Cloninger教授
  10. 雷神にそっくり?ベンゼン環にカミナリ走る

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

Grignard反応剤が一人二役!? 〜有機硫黄化合物を用いるgem-ジフルオロアルケン類の新規合成法〜

第284回のスポットライトリサーチは、名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所・前川侑輝 博士…

第134回―「脳神経系の理解を進める分析化学」Jonathan Sweeder教授

第134回の海外化学者インタビューはジョナサン・スウィードラー教授です。イリノイ大学アーバナ・シャン…

第十二回ケムステVシンポ「水・有機材料・無機材料の最先端相転移現象 」

12月になりましたね。大好評のケムステシンポも今年は残りあと2回となりました。第12回となる…

概日リズムを司る天然変性転写因子の阻害剤開発に成功

第283回のスポットライトリサーチは、信州大学大学院総合理工学科農学専攻(大神田研究室)・細谷 侑佑…

アニリン類のC–N結合に不斉炭素を挿入する

アニリン類の炭素–窒素(C–N)結合に”不斉炭素を挿入”してキラルベンジルアミンとする手法が開発され…

フルオロシランを用いたカップリング反応~ケイ素材料のリサイクルに向けて~

第282回のスポットライトリサーチは、大阪府立大学 大学院理学系研究科(松坂研究室)・山本大貴さんに…

第133回―「遺伝暗号リプログラミングと翻訳後修飾の研究」Jason Chin教授

第133回の海外化学者インタビューはジェイソン・チン教授です。ケンブリッジMRC分子生物学研究所のタ…

アメリカ大学院留学:卒業後の進路とインダストリー就活(3)

前回・前々回の記事では、アメリカのPhD取得後の進路について、一般的な進路やインダストリー就活の流れ…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP