シラ–N–ヘテロ環を含む多環式化合物の新奇構築法が見出された。遷移金属触媒を用いず多環式化合物を合成できる本手法は、複雑アルカロイドなどの生物学的等価体としての応用が期待できる。

ケイ素を含むN–ヘテロ環(シラ–N–ヘテロ環)構築法

医農薬関連化学において、ケイ素架橋されたヘテロ化合物は生物活性分子における炭素等価体として活用できる可能性がある^[1]。特に、N–ヘテロ環化合物がファーマコフォアやアルカロイドの骨格に頻繁にみられることから、ケイ素を含むN–ヘテロ環(シラ–N–ヘテロ環)はそれらの生物学的等価体として注目されている^[2]。そのため、現在までにシラ–N–ヘテロ環の合成法が開発されている。

最近の例では、ルテニウム触媒を用いた分子内シラ–N–ヘテロ環合成^[3]やマンガン触媒によるシラ–N–ヘテロ環の酸化的ラジカル合成などがある(図1A)^[4]。これらを含めたシラ–N–ヘテロ環の構築法では、ほとんど遷移金属触媒が用いられている。

今回、Chang教授らは遷移金属触媒を用いずに、シラ–N–ヘテロ環を含む多環式化合物を合成できる新奇手法を開発した。本法は、２度の脱水素反応により、(sp³)C–Si結合および(sp²)C–Si結合を連続的に形成する(図1B)。

図1. (A) 過去のシラ-N-ヘテロ環合成法, (B) 多環式シラ-N-ヘテロ環合成

“Catalytic Access to from Piperidines via Cascade sp³and sp²C–Si Bond Formation”

Zhang, J.; Park, S.; Chang, S. J. Am. Chem. Soc, 2018,140, 13209.

DOI: 10.1021/jacs.8b08733

論文著者の紹介

研究者：Sukbok Chang

研究者の経歴：

1985 B.S.Chemistry, Korea University
1987 M.S. Organic Chemistry, KAIST (Prof. Sunggak Kim)
1996 Ph.D. Organic Chemistry, Harvard University (Prof. Eric. N. Jacobsen)
1996-1998 Posdoc, Caltech (Prof. Robert H. Grubbs)
1998-2002 Assistant Professor, Ewha Womans University
2002-present Professor, KAIST
2008-2011 Chair, Department of Chemistry, KAIST
2012-present Director, Center for Catalytic Hydrocarbon Functionalizations, Institute for Basic Science (IBS)
2018-present Appointed as a Distinguished Professor at KAIST
研究内容：C–H活性化、メタンの直接官能基化、触媒による位置選択的脱官能基化

研究者：Sehoon Park

研究者の経歴：
2008 Ph.D. Tokyo Institute of Technology (Prof. Kohtaro Osakada & Prof. Daisuke Takeuci)
2012 Posdoc, University of North Carolina at Chapel Hill
2016-present Adjunct Professor, University of Science and Technology

研究内容：ホウ素触媒を用いる触媒反応の開発

論文の概要

本反応ではクロロベンゼン溶媒中、酸化カルシウムとB(C₆F₅)₃触媒存在下、N–アリールピペリジン1に、メチルフェニルシランを作用させることで、シラ–N–ヘテロ環2が高収率で得られる。B(C₆F₅)₃触媒を2回に分けて加え、同時間ずつ反応させることで収率が向上することがわかった。アリール部位やピペリジン部位に種々の置換基をもつ1でも本反応は進行する(図2A)。

アリール部位が非対称の置換基をもつ1bの場合、2bと2b’がほぼ同様な収率で2種類得られる。ジアステレオ選択性は基質によって差はあるものの概ね中程度である。

著者らは、反応時間や温度検討および重水素ラベル実験により反応機構解明を試みた。その結果、(1)N–シリルピペリジニウムボロヒドリドAの生成(2)可逆反応によるイミニウム塩Bの生成(3)エナミン中間体Cの生成(4)Cのβ選択的ヒドロシリル化によるピペリジンEの合成(5)Wheland錯体を経由し分子内(sp²)C–Si結合形成後、シラ–N–ヘテロ環Fになると推定された(図2B)。

B(C₆F₅)₃触媒によるヘテロ芳香環のヒドロシリル化反応^[5]や、インドールの直接シリル化反応^[6]などヒントとなる反応は最近報告されている。しかし、それらとは全く異なるシラ–N–ヘテロ多環式化合物を合成できることは大変興味深い。

図2. (A) 基質適用範囲 (B) 推定反応機構

参考文献

1. (a) Franz, A. K.; Wilson, S. O. J. Med. Chem. 2013, 56,388. DOI: 10.1021/jacs.8b08733(b) Sieburth, S. M.; Nittoli, T.; Mutahi, A. M.; Guo, L. Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 812. DOI: 10.1002/(SICI)1521-3773(19980403)37:6<812::AID-ANIE812>3.0.CO;2-I
2. (a)Johansson, T.; Weidolf, L.; Popp, F.; Tacke, R.; Jurva, U. Drug Metab. Dispos. 2010, 38, 73. DOI: 1124/dmd.109.028449(b)Wang, J.; Ma, C.; Wu, Y.; Lamb, R. A.; Pinto, L. H.; DeGrado, W. F.J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13844.DOI: 10.1021/ja2050666
3. Fang, H.; Hou, W; Liu, G.; Huang, Z, J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 11601. DOI: 10.1021/jacs.7b06798
4. Wu, L.; Yang, Y.; Song, R.; Yu, J.; Li, J.; He, D. Chem Commun. 2018, 54, 1367.DOI: 10.1039/c7cc08996a
5. (a) Gandhamsetty, N.; Joung, S.; Park, S.-W.; Park, S.; Chang, S. J, Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16780.DOI: 10.1021/ja510674u (b)Gandhamsetty, N.; Park, S.; Chang, S. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15176. DOI: 10.1021/jacs.5b09209
6. Han, Y.; Zhang, S.; He, J.; Zhang, Y. J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 7399. DOI: 10.1021/jacs.7b03534