[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

二つのCO2を使ってアジピン酸を作る

[スポンサーリンク]

CO2とニッケル触媒、マンガンを用いた1,3-ジエンの位置選択的な1,4-ジカルボキシル化反応が開発された。CO2と1,3-ジエンといったどちらも豊富な炭素資源からアジピン酸誘導体を合成できる。

CO2を用いたジカルボキシル化反応

CO2は毒性が低く入手容易な一炭素化剤として注目を集めている。このようなCO2と別の豊富な炭素資源とを反応させ、触媒的に新たな有機化合物を合成する手法の価値は高い。

近年、遷移金属触媒を用いることで炭素–炭素多重結合に対しCO2を挿入させるカルボキシル化反応がいくつか報告されている[1]。しかし、これらの反応で多重結合に対し導入できるCO2は一分子に限られているものが多い。一つの化合物に一挙に二分子のCO2を導入することは有用なジカルボン酸の合成において効率的な手法となるものの、その報告例は多くない。

1984年にHobergらは1,3-ブタジエン(1)に対しCO2を二つ挿入させるジカルボキシル化反応を報告した(図1A)[2a]。彼らは当量のニッケルを作用させることで1に二分子のCO2を導入し、反応をメタノール処理することでジエステル2を合成した。

2001年には森らが類似の手法が他のジエンにも適用できることを示し、本手法を様々なジエステルの合成法へと拡張した(図1B)[2b]

触媒的な手法として1989年、Périchonらにより、触媒量のニッケルと電気化学を併用するアルキン3の還元的ジヒドロカルボキシル化が開発された(図1C)[3]。また、亜鉛試薬などを還元剤として用いて、佐藤らがシリルアレン4(図1D)[4a]の、辻らがアルキン5(図1E)[4b]の触媒的ジカルボキシル化を達成した。

今回、カタルーニャ化学研究所のMartin教授らはニッケル触媒とマンガンを還元剤に用いることで1,3-ジエンに対する触媒的なジカルボキシル化反応を開発した (図1F)。

図1. CO2を用いたジカルボキシル化反応

Ni-Catalyzed Site-Selective Dicarboxylation of 1,3-Dienes with CO2

Tortajada, A.; Ninokata, R.; Martin, R. J. Am. Chem. Soc. 2018, ASAP. DOI: 10.1021/jacs.7b13220

論文著者の紹介

研究者:Ruben Martin

研究者の経歴:
–2003 Ph.D, University of Barcelona, Spain (Prof. Antoni Riera Escalé)
2003 Visiting Fellow, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Germany (Prof. Alois Fürstner)
2004–2005 Alexander von Humboldt Postdoctoral Fellow, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Germany (Prof. Alois Fürstner)
2005–2008 M.E.C-Fulbright Postdoctoral Fellow, Massachusetts Institute of Technology, USA (Prof. Stephen L. Buchwald)
2008–2013 Assistant Professor, The Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ), Spain
2013 Associate Professor, The Institute of Chemical Research of Catalonia, Spain
2013– Research Professor, The Institute of Chemical Research of Catalonia, Spain

研究内容:ニッケル触媒を用いた反応開発

論文の概要

Martinらはニッケル触媒存在下、還元剤としてマンガンを用いることで二分子のCO2を1,3-ジエンの1,4位に選択的に導入する手法を開発した(図2A)。

彼らは本反応後、TMSジアゾメタンで処理した後アルケン部位を還元することでアジピン酸メチル誘導体へ導き、ジカルボキシル化で生じるcistrans異性体などの分離操作を簡略化している。本ジカルボキシル化では、2,4,7位に置換基をもつフェナントロリン配位子L1を用いることとアンモニウム塩の添加が反応の進行の鍵となった。

幅広い1,3-ジエン類が適用可能であり、芳香族および脂肪族置換されたジエンに対し反応が進行する。高い化学選択性を有しておりエステル基やニトリル基、スタニル基などの高反応性官能基をもつ化合物でも良好な収率で反応が進行する(図2B)。

反応機構に関して、彼らは本反応が初めにジエンと一分子のCO2との反応後に生じるニッケルπ-アリル錯体を経由して進行していると述べている(図2C)。

実際にπ-アリル錯体6を合成し、それを用いた化学量論量反応が進行することが示されている。この化学量論量反応においてL1とマンガンを添加しないと二つ目のCO2が導入されないことがわかった。この結果から、特に二個目のCO2挿入において一電子移動により生じるNi(I)種が関与している可能性があると述べられている。

以上のように温和な条件で幅広い1,3-ジエンに二当量のCO2を導入する1,4-ジカルボキシル化が達成された。今後は機構の解明や不斉反応への応用が期待される。

図2. Ni触媒を用いた1,3-ジエンの1,4-ジカルボキシル化反応

参考文献

  1. Liu, Q.; Wu, L.; Jackstell, R.; Beller, M. Chem. ommun. 2015, 6, 5933. DOI: 10.1038/ncomms6933
  2. (a) Hoberg, H.; Schaefer, D.; Oster, B. W. Organomet. Chem. 1984, 266, 313. DOI: 10.1016/0022-328X(84)80144-8 (b) Takimoto, M.; Mori, M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2895. DOI: 10.1021/ja004004f
  3. Duñach, E.; Dérien, S.; Périchon, J. Organomet. Chem. 1989, 364, C33. DOI: 10.1016/0022-328X(89)87156-6
  4. (a) Takimoto, M.; Kawamura, M.; Mori, M.; Sato, Y. Synlett 2005, 2019. DOI: 1055/s-2005-872225 (b) Mizoe, T.; Sayyed, F. B.; Tani, Y.; Terao, J.; Sakaki, S.; Tsuji, Y. Org. Lett. 2014, 16, 4960. DOI: 10.1021/ol502538r
Avatar photo

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. 「ニューモダリティと有機合成化学」 第5回公開講演会
  2. C-H酸化反応の開発
  3. 科学とは「世界中で共有できるワクワクの源」! 2018年度ロレア…
  4. 第14回ケムステVシンポ「スーパー超分子ワールド」を開催します!…
  5. 2004年ノーベル化学賞『ユビキチン―プロテアソーム系の発見』
  6. マルチディスプレイを活用していますか?
  7. 鉄の新たな可能性!?鉄を用いたWacker型酸化
  8. 第28回光学活性化合物シンポジウム

注目情報

ピックアップ記事

  1. 自律的に化学実験するロボット科学者、研究の自動化に成功 8日間で約700回の実験、人間なら数カ月
  2. 葉緑素だけが集積したナノシート
  3. 第8回 FlowSTシンポジウム
  4. 世界初の気体可塑性エラストマー!!
  5. 表現型スクリーニング Phenotypic Screening
  6. プロセス化学ー合成化学の限界に挑戦するー
  7. アルキンメタセシスで誕生!HPB to γ-グラフィン!
  8. 第155回―「化学結合と反応性を理論化学で理解する」Sason Shaik教授
  9. 山本 隆文 YAMAMOTO Takafumi
  10. アメリ化学会創造的有機合成化学賞・受賞者一覧

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年3月
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

最新記事

条件の「前後」も実験条件である【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

そのpH、“本当にその場所”の値ですか?ニードル式pHセンサーを使ってみた!

突然ですが、「培養の再現性がなんか悪い」「同じ条件のはずなのに結果がズレる」といった経験はあ…

「骨格編集」×「ナノカーボン合成」〜ナノカーボン合成の新戦略を実証〜

第719回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(忍久保研究室)博士後期課程2年の平…

【書評】立体化学 はじめの一歩

立体化学は,分子の三次元構造を理解するための重要な分野であり,有機化学や…

水のシミュレーション入門 — 水分子を計算機の中でどう”描く”か —

身近なのに、計算機にとって手強い"水"。本記事では、点電荷モデルから機械学習まで、その"描き方"の進…

◆◇◆◇ 第36回フォーラム・イン・ドージン開催のご案内 ◆◇◆◇

同仁化学研究所が熊本から世界へ情報発信するフォーラム・イン・ドージンの開催ご案内です。今年は『な…

『力』による円偏光発光のon/off制御を単一分子レベルで実現

第718回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 物質理工学院(相良研究室)博士後期課程2年の野中…

数日かかっていた反応機構解析を、わずか数分に!

機械学習ポテンシャルが変える計算化学の現在近年、DFT計算による反応機構解析は広く行われるよ…

海外ポスドクのオファーをもらう【アメリカで Ph.D. を取る: 進路編】

ポスドクとして海外に留学する場合、希望する研究室の教授に直接連絡を取り、面接などを通して適性を判断さ…

MDで観るトライボロジー 〜原子が擦れるその場をシミュレーション〜

軽くて強いのに摩耗に弱いチタン合金は、航空機や人工関節に広く使われています。原子が擦れ合うその場を分…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP