Ir触媒による、二級アミンを用いたアルケニルアミドの分子間/分子内ジアミノ化が報告された。添加剤と溶媒を変更することで、得られるラクタムの環サイズ(γ-もしくはδ-ラクタム)を選択できる。

一方のアミンをアルケンに連結させたジアミノ化

含窒素化合物は、大半の医薬品分子に見られるため、簡便な窒素原子導入法の開発の意義は大きい。そのような手法の中で、アルケンのジアミノ化は、一度に二つの窒素原子の導入ができ、ビシナルジアミンの効率的な合成法として知られる(参照)。しかし、二種類の異なるアミノ基を導入する際、それぞれの反応性および位置選択性の制御をする必要があり、未だ挑戦的な課題である⁽¹⁾。

この課題に対する解決策の一つとして、一方のアミン部位をアルケンに連結し、分子間/分子内ジアミノ化を行った例がいくつか知られる。

Michaelらは、Pd触媒を用い、分子内のアミドとNFSIによるアルケンのジアミノ化を報告し、後年には不斉反応に展開している(図1A)⁽²⁾。本手法は初の分子間/分子内ジアミノ化の例であるが、分子間のアミノ化剤はNFSIに限られる。より一般的なアミノ基の導入を可能にした例としては、Wangらの、銅触媒存在下O-ベンゾイルヒドロキシアミンを分子間アミノ化剤に用いる手法が知られる(図1B)⁽³⁾。以上の例では5-exo体を与える一方で、Blakeyらは、超原子価ヨウ素とTf₂NHを用いて、6-endo体を選択的に得ることに成功している (図1C)⁽⁴⁾。

今回、Columbia大学のRovis教授らは、Ir触媒を用いたアルケンの分子間/分子内ジアミノ化を報告したので紹介する(図1D)。分子間アミンとして二級アミンを用いることができる点と、溶媒と添加剤の選択により5-exo体(γ-ラクタム)と6-endo体(δ-ラクタム)の選択性を制御できる点が特筆すべき点である。

図1. アルケンの分子間/分子内ジアミノ化

“Regiodivergent Iridium(III)-Catalyzed Diamination of Alkenyl Amides with Secondary Amines: Complementary Access to γ– or δ‐Lactams”

Conway, J. H. Jr.; Rovis, T. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 135. DOI: 10.1021/jacs.7b11455

論文著者の紹介

研究者：Tomislav Rovis (URL: https://rovisresearch.wordpress.com)

研究者の経歴：
1990 B.S. University of Toronto, Ontario
1998 Ph.D, University of Toronto, Ontario (Prof. Mark Lautens)
1998 Posdoc, Harvard University, MA (Prof. David A. Evans)
2000 Assistant Professor at Colorado State University, CO
2005 Associate Professor at Colorado State University, CO
2008 Professor at Colorado State University, CO
2016 Professor at Columbia University, NY

研究内容：NHC不斉配位子, Rhを主とする有機金属, 光触媒

論文の概要

著者らは、[Cp*IrCl₂]₂触媒存在下、アルケニルアミド1と二級アミン2をHFIP溶媒中21度で撹拌することで、分子間/分子内ジアミノ化体としてγ-ラクタム3を得ることに成功した(図2A)。

興味深いことに、KHCO₃を添加剤に加え、溶媒をTFE/H₂Oに変更することで、exo/endo選択性が切り替わり、δ-ラクタム4が得られることを見出した。前者の反応においては、アミドのβ位がアルキル化された1でも反応は進行し、2としてはN-アルキルアニリン誘導体を用いることができる。一方、後者では幅広い二級アミンが2として適用可能である。また、触媒のCp配位子をより電子不足なもの(本論文参照)に変更することでα位が置換された1でも反応が進行する。

重水素ラベル実験などを行い、本反応の反応機構が考察されている(図2B)。

まず、Ir触媒Iが1のアルケンとアミドに配位しIIを生じる。ピバル酸の脱離に伴うナイトレノイドIIIの生成と続くアルケンへの転位挿入によりγ-ラクタムIVを形成する。IVに対するアミンの求核攻撃とプロトデメタレーションにより5-exo体3が得られる。一方、δ-ラクタムの生成パスでは、IIに対してアミンが求核攻撃し、イリダサイクルVIを経由して6-endo体4が得られる。

本論文の鍵となる5-exo/6-endoの選択性は、二つの反応条件におけるアミンの求核性の差異に依存することが示唆されている。すなわち、比較的酸性度の高いHFIPを溶媒として用いた場合、HFIPとアミンとの水素結合により、IIへの求核攻撃が抑制されてIIIを経由するパスが優先する。一方で塩基性条件である2 M KHCO₃/TFE中では水素結合能が弱められるためにアミンの求核攻撃が進行してVIを与えると考えられている。

以上、添加剤と溶媒でexo/endo選択性を切り替え可能なアルケンの分子間/分子内ジアミノ化であった。Ir触媒が高価であるものの、温和な条件下で二級アミンを直接導入できる優れた反応である。

図2. A. 基質適用範囲 B. 推定反応機構

参考文献

1. De Jong, S.; Nosal, D. G.; Wardrop, D. J. Tetrahedron 2012, 68, 4067. DOI: 1016/j.tet.2012.03.036
2. Sibbald, P. A.; Michael, F. E. Org. Lett. 2009, 11, 1147. DOI: 10.1021/ol9000087 (b) Ingalls, E. L.; Sibbald, P. A.; Kaminsky, W.; Michael, F. E. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8854. DOI: 10.1021/ja4043406
3. Shen, K.; Wang, Q. Chem Sci. 2015, 6, 4279. DOI: 10.1039/c5sc00897b
4. Kong, A.; Blakey, S. B. Synthesis 2012, 44, 1190. DOI: 1055/s-0031-1290591