クロスメタセシスを用いた三置換アリルアルコール/エーテルの合成法が開発された。用いる試薬により生成物のE/Z選択性を極めて高い精度で制御することができる。

 クロスメタセシス反応による三置換オレフィン形成

二種類のオレフィンの分子間クロスメタセシス(CM)反応は強力なC–C二重結合形成反応として用いられ、天然物合成や工業製品製造など幅広い場面で用いられている(図1A)^[1a]。

近年、高E/Z選択的なCM反応による二置換オレフィン合成が報告されているが、本手法を三置換オレフィン合成へ適用した例は少ない。CM反応による三置換オレフィン合成における問題点としては、置換基同士の立体反発の大きいメタラシクロブタン中間体の形成が困難な点、末端オレフィンの二量化による不安定なRuメチリデン錯体の生成および分解が進行する点が挙げられる。

これまでにGrubbsらやRobinsonらが、Grubbs第二世代触媒(Grubbs II)やHoveyda-Grubbs第二世代触媒(HG-II)などのRu/NHC錯体が三置換オレフィン合成を進行させる有効な触媒であることを報告している(図1A,B,C)^[1b,c,d]。またRobinsonらの報告では末端にメチル基二つ付与(キャップ)したオレフィン2を用いることで二量化によるRuメチリデン錯体の形成を抑えており、立体的に混み合った三置換オレフィン3の合成が達成されている^[1d]。CM反応による二置換オレフィン合成例にはなるが、このような末端オレフィンをキャップする手法はHoveydaらも行っている^[2]。詳細は後述するが、(Z)-2-ブテンをキャッピング剤として用い、不安定なRuメチリデン錯体の形成を防いでいる。以上のようにCM反応による三置換オレフィン合成法はいくつか報告されているものの、E/Z選択性に課題が残る。Bpin置換された三置換オレフィン1合成で高いZ選択性が見られているものの、基質依存的であり、より一般的なE/Z選択的CM反応の開発が望まれる ^[1c]。

今回、ボストンカレッジのHoveyda教授らは(Z)-2-ブテンを添加し、彼らがこれまでに開発したRuカテコチオラート触媒(Ru-1)^[3]を用いた末端オレフィンと2-メチル-1-ブテノール誘導体5との高E/Z選択的CM反応を報告した(図1D)。

図1. クロスメタセシス反応による三置換オレフィン合成

“Synthesis of Z- or E-Trisubstituted Allylic Alcohols and Ethers by Kinetically Controlled Cross-Metathesis with a Ru Catechothiolate Complex”

Xu, C.; Liu, Z.; Torker, S.; Shen, X.; Xu, D.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 15640. DOI: 10.1021/jacs.7b10010

論文の概要

まず、HoveydaらはHG-IIを用いて4Aと5b-Zおよび5b-EとのCM反応を検討している(図2A)。この場合、5b-Z、5b-Eどちらを用いても熱力学的に安定な6Ab-Eが優先して生成する。

完全なE/Z選択的なCMを実現した鍵は

1. NHC配位子との立体反発を鍵として、Z選択的に開環メタセシスやホモメタセシスを進行させるRu-1の使用
2. 反応途中での触媒失活を防ぐキャッピング剤(Z)-2-ブテンの使用

である。

キャッピング剤非存在下ではRu-1は4の二量化によりRuメチリデン錯体を生成し失活する経路が存在してしまう(図2B)。しかし、(Z)-2-ブテン存在下では4と(Z)-2-ブテンとのCMにより末端の塞がれた4’が調製され、その後揮発性の末端アルケン7が生成し系外へ放出されるため、Ruメチリデン錯体形成を防ぐことができる。このとき、4’はZ選択的に生成する。本論文では4’と5-Zおよび5-Eが立体選択的に反応するため、E/Z選択的なCM反応が達成されている。

Ru-1触媒の頑強性から、本反応はアルコール、カルボン酸やアミドなどに対する高い官能基耐性を伴って進行する点も特筆すべきである。本成果はCM反応による三置換オレフィン合成の進展に大きく寄与したと言えるが、煩雑な実験操作を必要とする点、過剰量の5を必要とする点などの解決が次なる課題ではないか。

図2. (A)反応条件(B)末端オレフィンのキャッピング (C)基質適用範囲

参考文献

1. (a) Astruc, D. New J. Chem. 2005, 29, 42. DOI: 1039/b412198h (b) Chatterjee, A. K.; Grubbs, R. H. Org. Lett. 1999, 1, 1751. DOI: 10.1021/ol991023p (c) Morrill, C.; Funk, T. W.; Grubbs, R. H. Tetrahedron Lett. 2004, 45, 7733. DOI: 10.1016/j.tetlet.2004.08.069 (d) Wang, Z. J.; Jackson, W. R.; Robinson, A. J. Org. Lett. 2013, 15, 3006. DOI: 10.1021/ol401194h
2. Xu, C.; Shen, X.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10919. DOI: 10.1021/jacs.7b06552
3. Khan, R. K. M.; Torker, S.; Hoveyda, A. H. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10258. DOI: 10.1021/ja404208a