[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

The following two tabs change content below.
cosine

cosine

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. 配位子だけじゃない!触媒になるホスフィン
  2. 分子形状初期化法「T・レックス」の実現~いつでもどこでも誰でも狙…
  3. 化学物質恐怖症への処方箋
  4. 第95回日本化学会付設展示会ケムステキャンペーン!Part II…
  5. 「シカゴとオースティンの6年間」 山本研/Krische研より
  6. 「サイエンスアワードエレクトロケミストリー賞」が気になったので調…
  7. 美麗な元素のおもちゃ箱を貴方に―『世界で一番美しい元素図鑑』
  8. Reaxys Ph.D Prize2014ファイナリスト45名発…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 高峰譲吉の墓
  2. 第32回 液晶材料の新たな側面を開拓する― Duncan Bruce教授
  3. チャンパック・チャッタージー Champak Chatterjee
  4. Chemical Science誌 創刊!
  5. (S)-5-(ピロリジン-2-イル)-1H-テトラゾール:(S)-5-(Pyrrolidin-2-yl)-1H-tetrazole
  6. アザジラクチン あざじらくちん azadirachtin
  7. 向山酸化還元縮合反応 Mukaiyama Redox Condensation
  8. アミノ酸「ヒスチジン」が脳梗塞に有効――愛媛大が解明
  9. 大久野島毒ガス資料館
  10. 2008年10大化学ニュース2

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

リチウム金属電池の寿命を短くしている原因を研究者が突き止める

リチウムリオンバッテリー(リチウムイオン二次電池)はPCやスマートフォンなどの電子機器に利用されてい…

研究室でDIY!~エバポ用真空制御装置をつくろう~ ③

さて、前回に引き続いて、「エバポ用真空制御装置の自作」に挑戦しています。前回までの記事では、…

AIによる創薬に新たな可能性 その研究と最新技術に迫る ~米・Insitro社 / 英・ケンブリッジ大学の研究から~

AIの機械学習による創薬が化学業界で注目を集めています。2019年3月に米国サンフランシスコで開催さ…

特長のある豊富な設備:ライトケミカル工業

1. 高粘度撹拌、高温・高圧・高真空に対応可能な反応釜高粘度でも撹拌できる大容量攪拌機と効率用除…

ライトケミカル工業2021年採用情報

当社の技術グループは、20代~30代の若手社員が重要な主要案件を担当しています。広範囲で高レベルな化…

中高生・高専生でも研究が学べる!サイエンスメンタープログラム

研究室に入って本格的な研究を始めるのは、大学4年生からが一般的。でも最近は、中高生が研究に取り組める…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP