水素結合によりアニオンを捕捉することで、対カチオンは活性化され高いルイス酸性をもつ。そのルイス酸によって不活性な求電子剤をも活性化させる手法が報告された。

キラルな水素結合供与性分子触媒

エナンチオ選択的な化合物の合成手法としてキラルなイオン対分子触媒(図1A)を用いる方法がある。

しかし、イオン対と基質との相互作用は弱く、実際の反応に適用するには障壁があった。それを克服した例の1つに優れたアニオン識別能をもつ(チオ)尿素を用いた”anion-binding”型のイオン対触媒がある^[1]。”anion-binding”型のイオン対触媒は3つの形式に大別できる(図1B)。

本論文の著者であるハーバード大学のJacobsenらは 1998年に、チオ尿素の水素結合によってStrecker反応が高エナンチオ選択的に触媒されることを報告した^[2]。これが最初の不斉”anion-binding”型イオン対触媒反応であり、”direct activation”の例でもある。

同じくJacobsenらは2004年, 2009年にPictet–Spengler反応において、それぞれ”anion abstraction”型^[3]、”Brønsted acid co-catalysis”型^[4]の反応を報告した。しかし、これらの方法では高い求電子性をもつ基質でないと反応に適用することができなかった。

そこで今回、Jacobsenらはスクアラミド誘導体を用いてケイ素トリフラートのアニオンを捕捉することで、ケイ素のルイス酸性を高める触媒戦略を開発したので紹介する(図1C)。

図1.(A) キラルなイオン対触媒の分類 (B) Anion-binding型イオン対触媒の分類 (C) 本論文の触媒設計コンセプト

“Lewis acid enhancement by hydrogen-bond donors for asymmetric catalysis”

Banik, S. M.; Levina, A.; Hyde, A. M.; Jacobsen, E. N. Science2017, 358, 761.

DOI: 10.1126/science.aao5894

論文著者の紹介

研究者：Eric N. Jacobsen

研究者の経歴：

1978-1982 B.S., New York University (Prof. Yorke E. Rhodes)
1982-1986 Ph.D., University of California, Berkeley (Prof. Robert G. Bergman)
1986-1988 Posdoc, Massachusetts Institute of Technology (Prof. K. Barry Sharpless)
1988-1991 Assistant Professor, University of Illinois at Urbana-Champaign
1991-1993 Associate Professor, University of Illinois at Urbana-Champaign
1993- Professor, Harvard University

研究内容： 新規不斉触媒反応の開発と応用

論文の概要

著者らは、ケイ素トリフラートにスクアラミド誘導体1を作用させることで高活性なルイス酸が得られると考えた。

その概念を検証するべく、既知の向山アルドール反応を用いて反応進行の確認・条件検討を行い最適の触媒1を見出した(本文Fig. 1B)。スクアラミドはチオ尿素よりも効果的にアニオンと水素結合を形成する^[5]。

さらに、シリルエノールエーテル2とフラン3との[4+3]付加環化反応(図2A)に対し触媒1を用いた。この反応において速度論的考察、赤外分光測定、DFT 計算を行うことで反応機構(図2B)を推定した。ケイ素トリフラート(R₃SiOTf)はそれ単体では高いルイス酸性を示さないが、1の存在下では高いルイス酸性を示す。このR₃SiOTfと1が協働することで、不活性な2をオキシアリルカチオン中間体に変換し、フランとの[4+3]付加環化反応を進行させる。

図2. (A) [4+3]付加環化反応 (B) 推定反応機構

以上、ケイ素トリフラートとスクアラミド誘導体を組み合わせることにより活性の高いルイス酸を生成し、反応に適用する新たなアプローチを取り上げた。不活性な求電子剤への適用・優れたエナンチオ選択性の発現といった利点によって様々な反応に適用されていくことを望む。

参考文献

1. Brak, K.; Jacobsen, E. N.  Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 534. DOI: 10.1002/anie.201205449
2. Sigman, M. S.; Jacobsen, E. N. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4901. DOI: 10.1021/ja980139y
3. Taylor, M. S.; Jacobsen, E. N. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10558. DOI: 10.1021/ja046259p
4. Klausen, R. S.; Jacobsen E. N. Org, Lett. 2009, 11, 887. DOI: 10.1021/ol802887h
5. (a) Jakab, G.; Tancon, C.; Zhang, Z.; Lippert, K. M.; Schreiner, P. R. Org. Lett. 2012, 14, 1724. DOI: 10.1021/ol300307c (b) Ni, X.; Li, X.; Wang, Z.; Cheng, J.-P. Org. Lett. 2014, 16, 1786. DOI: 10.1021/ol5005017