[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

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. 電子ノートか紙のノートか
  2. 炭素をつなげる王道反応:アルドール反応 (4)
  3. 「温故知新」で医薬品開発
  4. ウーロン茶の中でも医薬品の化学合成が可能に
  5. 図に最適なフォントは何か?
  6. メルマガ有機化学 (by 有機化学美術館) 刊行中!!
  7. ChemDraw for iPadを先取りレビュー!
  8. クロム光レドックス触媒を有機合成へ応用する

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 【書籍】化学探偵Mr.キュリー4
  2. ティム・スワガー Timothy M. Swager
  3. キラルアミンを一度に判別!高分子認識能を有するPd錯体
  4. 金沢ふるさと偉人館
  5. アウグスト・ホルストマン  熱力学と化学熱力学の架け橋
  6. クリスマス化学史 元素記号Hの発見
  7. パーキンソン病治療の薬によりギャンブル依存に
  8. 海外で働いている僕の体験談
  9. メタボ薬開発に道、脂肪合成妨げる化合物発見 京大など
  10. 池田 富樹 Tomiki Ikeda

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

酵母菌に小さなソーラーパネル

Harvard大学のNeel S. Joshi教授らは、光合成を行わない微生物に光増感剤を担持するこ…

有機合成反応で乳がん手術を改革

理化学研究所(理研)、大阪大学、カザン大学の国際共同研究グループは、乳がんの手術中に摘出した組織で有…

有機合成化学協会誌2018年12月号:シアリダーゼ・Brook転位・末端選択的酸化・キサンテン・ヨウ素反応剤・ニッケル触媒・Edoxaban中間体・逆電子要請型[4+2]環化付加

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2018年12月号がオンライン公開されました。…

Googleの面接で話した自分の研究内容が勝手に特許出願された

This is what happened when I went to visit a giant…

信頼度の高い合成反応を学ぶ:Science of Synthesis(SoS)

今回はScience of Synthesis(SoS)という合成化学のオンラインデータベースを紹介…

ホイスラー合金を用いる新規触媒の発見と特性調節

第174回目のスポットライトリサーチは、東北大学 学際科学フロンティア研究所・小嶋隆幸 助教にお願い…

PAGE TOP