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化学者のつぶやき

一人二役のフタルイミドが位置までも制御する

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Nヒドロキシフタルイミドを用いる逆マルコフニコフ型のヒドロアミノ化が報告された。遷移金属触媒および光触媒を用いない温和な条件で進行し、一級アミンへの誘導も可能である。

フタルイミジルラジカルを用いた逆マルコフニコフ型ヒドロアミノ化

窒素官能基は、医薬品や農薬、多くの天然物に見られる重要な部位であり、簡便かつ効率の良いC–N結合形成反応の開発が望まれている。中でも脂肪族オレフィンのヒドロアミノ化は、アルキルアミン合成に対する魅力的な手法であり、遷移金属触媒や光触媒を用いることで急速な発展を遂げてきた。しかし、その位置選択性は主にマルコフニコフ型であり、逆マルコフニコフ型で進行する例は限られている。また、導入できるアミンは、過剰のヒドロアミノ化の進行を防ぐため、高級アミンしか用いることができない点が課題として残されていた。

 カリフォルニア大学サンディエゴ校のSchmidt助教授らは、アルケンのヒドロアミノ化において、フタルイミジルラジカル(PhthN·)に着目した。N中心ラジカルは逆マルコフニコフ付加が予想され、得られたフタルイミドは温和な条件下脱保護されて一級アミンを与える。フタルイミジルラジカルは、Ir触媒・可視光照射条件下での芳香族化合物のイミド化(1A)(1)や、紫外線照射下アルケンのハロイミド化(1B)(2)に用いられてきたものの、ヒドロアミノ化に用いられた例はない。その理由は、PhthN·の生成には水素源を有しない試薬のN–X結合開裂が用いられてきたためであり、また化学量論量の水素源の添加は望まぬラジカルプロセスを経由する可能性がある。

今回Schmidtらは、PhthN·源にNヒドロキシフタルイミド(NHPI)と脱酸素剤としてトリエチルホスファイト(P(OEt)3)を用いることで、広範なオレフィンに対する逆マルコフニコフ型ヒドロアミノ化の開発に成功したので紹介する(1C)

図1. フタルイミジルラジカルを用いた反応例と今回の反応

Intermolecular Radical Mediated Anti-Markovnikov Alkene Hydroamination Using N-Hydroxyphthalimide

Lardy, S. W.; Schmidt, V. A. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 12318.

DOI: 10.1021/jacs.8b06881

論文著者の紹介

研究者:Valerie A. Schmidt

研究者の経歴:
-2007 BSc, University of Towson, USA (Prof. Ryan E. Casey and Prof. Steven M. Lev)
2008-2013 Ph.D, University of North Carolina, Chapel Hill, USA (Prof. Erick J. Alexanian)
2013-2016 Posdoc, University of Princeton, USA (Prof. Paul J. Chirik)
2016- Assistant Prof. at University of California, San Diego

研究内容:遷移金属触媒を用いた反応開発、ラジカルを用いた反応開発

論文の概要

 アルケンに対し、ジクロロエタン溶媒中、NHPIP(OEt)3ラジカル開始剤に(tBuON)2を作用させることで、逆マルコフニコフ型選択的にヒドロアミノ化が進行する。本反応は、求電子的ラジカルとの相性が良い電子豊富なアルケンにおいて、ビニルエーテル・スルフィド、ビニルシランなどの幅広い基質で適用可能である(2A)。また、電子的偏りのない不活性なアルケンに対しても、ラジカル開始剤を変更し反応温度を上げることで反応は進行する(2B)。さらに、得られたフタルイミドは、ヒドラジンを作用させることで容易に一級アミンへと誘導できる。

 種々の対照実験の結果から、以下の反応機構が提唱されている(2C)。ラジカル開始剤により生じたPhthNO·の、比較的弱いN–O結合がトリエチルホスファイトによって切断されPhthN·が生成する。PhthN·はより置換されたC中心ラジカルを生成するようにアルケンに付加する。生じたラジカルにNHPIよりH原子が移動して目的物が得られるとともに、再びPhthNO·が生成する。この反応の特筆すべき点は、NHPIを用いることで、アルケンのヒドロアミノ化に必要なH原子とN原子を同一分子から供給できる点にある。

 以上、Nヒドロキシフタルイミドを用いた、オレフィンに対する逆マルコフニコフ型のヒドロアミノ化が開発された。簡便かつ高位置選択的なアルキルアミンの合成は汎用性が高く、数多の合成での活躍が見込まれる。しかし、現状では用いるアルケンの当量に改善の余地が残されており、今後の改善を期待したい。

図2. (A),(B)基質適用範囲 (C)推定反応機構

 

参考文献

  1. (a) Kim, H.; Kim, T.; Lee, D. G.; Roh, S. W.; Lee, C. Chem Commun. 2014, 50, 9273. DOI: 10.1039/c4cc03905j(b) Allen, L. J.; Cabrera, P. J.; Lee, M.; Sanford, M. S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5607. DOI: 10.1021/ja501906x
  2. (a) Day, J. C.; Katsaros, M. G.; Kocher, W. D.; Scott, A. E.; Skell, P. S. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 1950. DOI: 10.1021/ja00474a063(b) Luning, U.; Kirsch, A. Chem. Ber.1993, 126, 1171. DOI: 10.1002/cber.19931260517

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