[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

リガンドによりCO2を選択的に導入する

[スポンサーリンク]

初めまして、この度Chem-stationスタッフとなりました、SQと申します。有機化学や創薬化学を専門としております。

企業研究者なので頻度は少なめかと思いますが、面白い論文を読んだら投稿していこうと思いますので、皆様これからどうぞよろしくお願い致します。

第一弾の記事として、JACSに掲載された反応開発の論文を紹介したいと思います。光照射下、Ni触媒のリガンドを変えることにより、CO2挿入位置の選択性を変えることが出来るという論文です。慣れていない為、文章が稚拙な部分があるかと思いますが読んでいただけると嬉しいです。

背景

CO2を1炭素源とするカルボキシル化反応は、様々なカルボン酸を合成する上で非常に有用な反応です。その中でも、スチレンに対するCO2によるカルボキシル化反応はシンプルかつ高アトムエコノミー反応であり、これまでに数多くの研究が報告されています。また生成物のα‐メチルフェニル酢酸部位は、イブプロフェン・ナプロキセン・フェノプロフェン等の医薬品にも含まれている骨格であり非常に有用です。

スチレンに対するCO2によるカルボキシル化反応にはMarkovnikov型とanti-Markovnikov型の二通りありますが、それぞれ様々な課題がありました。多くの研究報告はMarkovnikov型ですが、強還元剤が必要であることや、基質一般性が狭いことが問題です[1]。一方、anti-Markovnikov型の反応は報告例が少なく、最近JamisonらがUV光照射下連続フロー反応にて、ラジカル中間体を経由し目的物を得ています[2]

このような背景のもと、今回レーゲンスブルク大学のKönig教授らは、ほぼ同条件の中、リガンド(とその他試薬も少し)を変えることによりカルボキシル化反応の選択性を変えられることを発見しました。

 

“Ligand-Controlled Regioselective Hydrocarboxylation of Styrenes with CO2 by Combining Visible Light and Nickel Catalysis”
Meng, Q.-Y.; Wang, S.; Huff, G. S.; König, B. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3198–3201. DOI: 10.1021/jacs.7b13448

実験結果

筆者らは、まず自らの過去の研究報告[3]を元に溶媒、添加試薬、光増感体、還元剤等種々の反応条件の最適化を行いました。

溶媒、光増感体、リガンドは、この反応においてかなり重要であり替えが効きにくい様です。Markovnikov型の時はLNiBr2(L:neocuproine)、K2CO3、Hantzsch ester (HEH)が最適条件で、anti-Markovnikov型の際はNiBr2・glyme、dppb、4-Me-HEH、LiOOCCH3が必要でした。両者共通して、溶媒はDMF、光増感体は4CzIPN(Ir(dF(Me)ppy)2(dtbbpy))PF6)が使用されていました。
Markovnikov型反応では、かなり多くの基質において最適化条件が適応可能であり、選択性が非常に高いのが印象的です。またIbuprofenやEstroneといった医薬品の合成にも適応可能であることも示されていました。

一方でanti-Markovnikov型も多くの基質に応用可能であり高い選択性でしたが、電子求引性官能基をもつ化合物では反応が進行しませんでした。

Markovnikov型の基質一般性

anti-Markovnikov型の基質一般性

反応機構

続いては反応機構です。

4CzIPNが光により励起されHEHを酸化し、2電子SET(single electron transfer)を行ってNi(Ⅱ)→Ni(0)とするところは両反応で共通のようです。反応機構

[1] Markovnikov型

neocuproineをリガンドとして用いた際は、HEHにプロトン化されNi ヒドリド錯体Bを作ります。その後、立体障害が少ない方に金属挿入が起こり(DFTにより確認)、錯体Cを形成。1電子を4CzIPNから受け取った後、速やかにCO2挿入が起こり、目的物が生成され触媒が再生成します。

[2] anti-Markovnikov型

Dppbをリガンドとして用いた時は、CO2がNi錯体Aに配位し錯体Fとなります。その後五員環中間体を経て錯体Gを形成。1電子を4CzIPNから受け取った後、速やかに開環し、還元を通して目的物が生成され触媒が再生成します。

またその他機構解明実験を通し(重水素ラベル化実験等)①スチレンに対するヒドロメタル化はどちらも不可逆的②radical中間体を経由していないということが示唆されている様でした。

所感

選択性は高いものの収率は中程度であること、機構解明が完全ではないことが今後の課題として挙げられるかなと思いますが、選択性が生じる機構解明等が詳しく考察されていた点が良かったです。高選択的にanti-Markovnikov型の目的物を得られ、実用的である点も魅力的であるため、ぜひ使ってみてはいかがでしょう。

参考文献

  1. Gaydou, M.; Moragas, T.; Juliá-Hernández, F.; Martin, R. J. Am.Chem. Soc. 2017, 139, 12161. DOI : 10.1021/jacs.7b07637
  2. Seo, H.; Liu, A.; Jamison, T. F.; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13969. DOI : 10.1021/jacs.7b05942
  3. Meng, Q.-Y.; Wang, S.; König, B.; Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 13426. DOI : 10.1002/anie.201706724
The following two tabs change content below.

SQ

某企業研究員。専門は有機合成で、趣味はスポーツ(サッカー・テニス等)や音楽(バンド活動)。 「”化学”の力で、人の健康を支える」という思いを胸に日々奮闘中。0から1を生み出したい。

関連記事

  1. 表裏二面性をもつ「ヤヌス型分子」の合成
  2. 自由の世界へようこそ
  3. 炭素繊維は鉄とアルミに勝るか? 番外編 ~NEDOの成果について…
  4. sinceの使い方
  5. ドライアイスに御用心
  6. プラスマイナスエーテル!?
  7. 好奇心の使い方 Whitesides教授のエッセイより
  8. 化学メーカー研究開発者必見!!新規事業立ち上げの成功確度を上げる…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 鬼は大学のどこにいるの?
  2. ノーマン・アリンジャー Norman A. Allinger
  3. クラブトリー触媒 Crabtree’s Catalyst
  4. 化学者のランキング指標「h-index」 廃止へ
  5. 有機反応を俯瞰する ー芳香族求電子置換反応 その 2
  6. sinceの使い方
  7. 初めての減圧蒸留
  8. 長寿企業に学ぶたゆまぬ努力と挑戦
  9. ベン・デイヴィス Ben G. Davis
  10. 化学Webギャラリー@Flickr 【Part2】

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

有機合成化学協会誌2019年11月号:英文版特集号

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2019年11月号がオンライン公開されました。…

製品開発職を検討する上でおさえたい3つのポイント

基礎研究と製品開発は、目的や役割がそれぞれ異なります。しかし、求人情報の応募要件を見てみると「〇〇の…

二刀流のホスフィン触媒によるアトロプ選択的合成法

不斉付加環化反応による新奇アリールナフトキノン合成法が報告された。2つの機能を有する不斉ホスフィン触…

ヒドロゲルの新たな力学強度・温度応答性制御法

第230回のスポットライトリサーチは、東京農工大学大学院工学府(村岡研究室)・石田敦也さんにお願い致…

光誘導アシルラジカルのミニスキ型ヒドロキシアルキル化反応

可視光照射条件下でのアジン類のミニスキ型ヒドロキシアルキル化反応が開発された。官能基許容性が高いため…

イオン交換が分子間電荷移動を駆動する協奏的現象の発見

第229回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院 新領域創成科学研究科(竹谷・岡本研究室)・山下…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP