3-ブロモピリジン類と1,3-ジエン類を用いたcine置換型ヘテロアリールホウ素化反応が開発された。Cine置換という珍しい形式の反応が新たに見出されたのは現象論として興味深い。

1,3-ジエン類のアリールホウ素化

豊富な化学資源である1,3-ジエン類の二官能基化は重要な反応である。その一例としてアリールホウ素化反応がある。1,3-ジエン類にアリールハライドとビスピナコラトジボロン(B₂pin₂)を触媒存在下作用させることにより、一挙にアリール基およびボリル基の導入ができる。

2017年にBrownらはCu/Pd協奏触媒を用いる1,3-ジエンの初のアリールホウ素化反応を報告した。すなわち、Cu/I^tBu触媒とパラジウム触媒を用いることで、イソプレンの1,4-アリールホウ素化が進行する^[1a](図1A)。また、興味深いことに4-ジメチルアミノピリジン(DMAP)を添加することで選択性が変わり、2,1-アリールホウ素化が進行する。なお、この反応選択性の発現機構は未だわかっていない。また、Cu/Pd触媒系を用いて、イソプレン以外の1,3-ジエン類に対するアリールホウ素化も報告されており、パラジウム触媒とCu/IPr触媒を用いれば3,4-アリールホウ素化が、Cu/SIMes触媒では1,4-アリールホウ素化が選択的に進行する^[1b]。

今回、インディアナ大学のBrown准教授らはハロゲン化アリールとして3-ブロモピリジンを用いて1,3-ジエン類のヘテロアリールホウ素化を行ったところ、反応は3,4-アリールホウ素化で進行し、興味深いことに予期していないcine置換体4が得られることを見出したので紹介する(図1B)。

図1. (A) 1,3-ジエン類のアリールホウ素化反応 (B) Cine置換を伴うアリールホウ素化

“Copper-Catalyzed Heteroarylboration of 1,3-Dienes with 3-Bromopyridines: A cineSubstitution” 

Smith, K. B.; Huang, Y.; Brown, M. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 6146.

DOI:10.1002/anie.201801139

論文著者の紹介

研究者：M. Kevin Brown
研究者の経歴：
-2008 Ph.D. at Boston College (Prof. Amir H. Hoveyda)
2008-2011 NIH Post-doctoral fellow at Harvard University (Prof. E. J. Corey)
2011-2017 Assistant Professor at Indiana University
2017- Associate Professor at Indiana University
研究内容：新規クロスカップリング反応の開発

論文の概要

上述の研究の際、Cu/I^tBuとPd協奏触媒存在下、3-ブロモピリジン1を用いた場合、cine置換体2と3と4が88:9:3で生成することを発見した(図2A)。Cu/I^tBu触媒のみを用いることで選択性が向上しすることがわかった。なお、この際、1,3-ジエン上では3,4-アリールボリル化が進行する。

　種々の3-ブロモピリジンで反応が進行するが、3-ブロモキノリン(5)ではこのcine置換は起こらず、キノリンC2位での付加反応が進行しジヒドロキノリン6を与える(図2B)。

　種々の重水素ラベル実験および交差実験により以下の反応機構が推定されている(図2C)。1) 銅触媒とKO^tBuから生じる銅アルコキシドとBpinとのトランスメタル化によりボリル銅Aが生成する。2) Aがイソプレンにボラクプレーションしアリル銅BとCとなる。3) BとCは平衡状態にあるが^[2]、おそらくBが1に付加しDとなる。4) Dの形式的な1,5-脱離を経て銅カルベン中間体Eとなる。5) Eの異性化、続く再芳香族化により2が得られ、触媒が再生する。この機構に基づけば、キノリンの場合Dの形式的1,5-脱離が遅く、ジヒドロキノリン体が得られると考えられる。

　今回、3-ブロモピリジンとB₂pin₂を用いた1,3-ジエンのcine置換型ヘテロアリールボリル化法が見出された。他の銅求核剤などを用いた類似の反応へと展開が期待できる。

図2. (A) 基質適用範囲, (B) キノリンを用いた場合の反応, (C) 推定反応機構

参考文献

1. [a]Smith, K. B.;Brown, M. K. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7721. DOI: 10.1021/jacs.7b04024[b] Sardini, S. R.; Brown, M. K. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 9823. DOI: 10.1021/jacs.7b05477
2. Li, X.; Meng, F.; Torker, S.; Shi, Y.; Hoveyda, A. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 9997. DOI: 10.1002/anie.201605001