[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

3級C-H結合選択的な触媒的不斉カルベン挿入反応

[スポンサーリンク]

2017年、エモリー大学・Huw M. L. Daviesらは独自に設計した不斉二核ロジウム触媒を用い、3級C-H結合選択的かつ立体選択的に進行するカルベン挿入反応の開発に成功した。

”Site-selective and stereoselective functionalization of non-activated tertiary C-H bonds”
Liao, K.; Pickel, T. C.; Boyarskikh, V.; Becsa, J.; Musav, D. G.; Davies, H. M. L.* Nature 2017, 551, 609–613. doi:10.1038/nature24641

問題設定

不活性なC-H結合の直接的変換は近年盛んに研究が行われており、著しい進歩を遂げてきた。しかし位置選択性の制御は難しく、主には(1)配向基を備える基質 (2) 分子内に高反応性のC-H結合がある基質 (3) 特定のC-H結合だけが優先的に分子内反応するような基質 を対象としている結果、基質依存の手法になっている。

技術や手法の肝

Daviesらは2016年、最も立体的に空いた2級メチレンC-H結合の位置及び立体選択的修飾反応を報告した[1]が、続報としての本論文では3級C-H結合の立体選択的修飾反応を達成した(冒頭図)。これら二つの報告では、触媒依存で反応点を変えることができる。さらにアリル位C-Hやベンジル位C-Hを持つ化合物においても3級C-Hへの位置選択的・立体選択的修飾が行えるため、Late-Stage官能基化への応用が期待できる。

主張の有効性の検証

①触媒のスクリーニングと反応条件の最適化

2-メチルペンタンに対するα-アリール-ジアゾエステルのC-H挿入反応の選択性を様々なロジウム触媒を用いて評価した。下記の通り触媒種によって大きな差が出るが、テトラクロロフタルイミド由来の触媒使用により顕著に改善され、Rh2[S-TCPTAD]4触媒を用いたときに高選択的に3級炭素で反応が進行しそのエナンチオ選択性も良好だった(79% ee)。さらなる検討の結果、反応剤をトリフルオロエチルエステルに変え、低温にて反応を行うことで96:4の位置選択性・86%eeまで向上した。


②基質一般性の評価

官能基の持たない鎖状アルカンにおいては3級C-Hにおいて高収率・高エナンチオ選択性(77%-92%)にて反応が進行した。しかし、混みあった3級C-Hでは反応が進行しづらく、空いた2級C-Hでの反応が優先された(2列目左端の基質)。

ブロモ基やエステルを持つ基質においても高収率で反応が進行し、ジアゾエステル側の芳香環部位も、ヘテロサイクルやトリフルオロメチル、メトキシを持つものに変更可能であった。

またcholesteryl pelargonateに対して、既報触媒を用いて位置選択性の違いを確認したところ、期待通りRh2[R-3,5-di(ptBuC6H4)TPCP]4では立体的に空いた2級C-H結合に、Rh2[R-TCPTAD]4では最も空いた3級C-H結合にて反応が進行した。

③選択性発現の考察

テトラクロロフタルイミド型配位子はそのCl-O結合間相互作用により、全てのフタルイミドが片側に向いた形で固定化されていることがCharetteらによって報告されており[2]、DaviesらもX線結晶構造解析でその姿を確認した。

またフタルイミド面では16.2Å幅のスペースがあるのに対し、アダマンタンが向いている面では7.8Å幅のスペースしかなく、ジアゾエステル(9.6Å)はフタルイミド面でのみメタルカルベン錯体を形成することが示唆された。

冒頭論文より引用

さらに計算の結果、カルベンが結合した後は一つのCl-O結合が崩れ、フタルイミド環と基質芳香環とがπ面スタックを取ることが明らかになった。π面スタックの状態では空いているRe面から反応が優先する。

 

冒頭論文より引用

このように、Rh2[R-TCPTAD]4ではカルベン周りが比較的すいているため、2級炭素ではなく電子的に有利な3級炭素にて反応が進行する。

議論すべき点

  • アリル位・ベンジル位など以外の活性化部位以外に、配向基を使わず高収率にて分子間C-C結合形成反応が進行する報告として画期的なものである。しかしながら論文中では基質検討表にアリル位やベンジル位を持つ化合物は並べられておらず、そこは基質依存になっているように見える。
  • 前回報告されたRh2[R-3,5-di(p-tBuC6H4)TPCP]4を用いる2級C-H選択的な反応では、3級C-Hとの完全な区別はまだ出来ておらず、2級C-Hだけを選択的に修飾することは未だに課題と考えられる。

参考文献

  1. Liao, K.; Negretti, S.; Musaev, D. G.; Bacsa, J.; Davies, H. M. L. Nature 2016, 533, 230. doi:10.1038/nature17651
  2. (a) Lindsay, V. N. G.; Lin, W.; Charette, A. B. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16383. DOI: 10.1021/ja9044955 (b) Goto, T.; Takeda, K.; Shimada, N.; Nambu, H.; Anada, M.; Shiro, M.; Ando, K.; Hashimoto, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6803. doi:10.1002/anie.201101905

外部リンク

cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 第29回光学活性化合物シンポジウム
  2. 元素名と中国語
  3. 化学に耳をすませば
  4. 今さら聞けないカラムクロマト
  5. C70の中に水分子を閉じ込める
  6. 感染制御ー薬剤耐性(AMR)ーChemical Times特集よ…
  7. 2012年ケムステ人気記事ランキング
  8. edXで京都大学の無料講義配信が始まる!

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第45回「天然物合成化学の新展開を目指して」大栗博毅教授
  2. 研究室での英語【Part 2】
  3. 理系女性の人生設計ガイド 自分を生かす仕事と生き方
  4. アメリカで Ph.D. を取る –エッセイを書くの巻– (後編)
  5. 「抗炎症」と「抗酸化」組み合わせ脱毛抑制効果を増強
  6. 2016年ケムステ人気記事ランキング
  7. 2018年3月2日:ケムステ主催「化学系学生対象 企業合同説明会」
  8. ブレビコミン /Brevicomin
  9. とある化学者の海外研究生活:スイス留学編
  10. アメリカ大学院留学:卒業後の進路とインダストリー就活(3)

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

ロピニロールのメディシナルケミストリー -iPS創薬でALS治療に光明-

神経難病における iPS 細胞創薬に基づいた医師主導治験を完了 -筋萎縮性側索硬化症(A…

令和4年度(2022年度)リンダウ・ノーベル賞受賞者会議派遣事業募集開始のお知らせ

リンダウ・ノーベル賞受賞者会議への参加者を募集しています。本会議は、世界各地の若手研究者の育…

【ケムステSlackに訊いてみた⑤】再現性が取れなくなった!どうしてる?

日本初のオープン化学コミュニティ・ケムステSlackの質問チャンネルに流れてきたQ&Aの紹介…

但馬 敬介 Keisuke TAJIMA

但馬 敬介(TAJIMA Keisuke, 1974年7月23日 – )は、日本の高分子化学者である…

Carl Boschの人生 その10

Tshozoです。このシリーズも10回を迎えましたが筆者の人生は進んでいません。先日気づいた…

「つける」と「はがす」の新技術|分子接合と表面制御 R3

開講期間令和3(2021)年  9月8日(水)、9日(木)(計2日間)※状況により、we…

第19回ケムステVシンポ「化学者だって起業するっつーの」を開催します!

少し前に化学者のつぶやきからこのような記事が出ました:【ケムステSlackに訊いて見た④】化学系学生…

10種類のスパチュラを試してみた

大好評、「試してみた」シリーズの第6弾。今回は試薬の秤量にか欠かせない、…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP