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化学者のつぶやき

単純なアリルアミンから複雑なアリルアミンをつくる

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ニッケル触媒を用いた単純なアリルアミンとアルケンの官能基交換による新奇アリルアミン合成法が開発された。従来法で窒素源とされてきた不安定なイミンを用いる必要がないという利点がある。

アリルアミン合成法

アリルアミンは医薬品や農薬などの化合物群のビルディングブロックとして重要な骨格である。古典的なアリルアミンまたはその等価体の合成法として、イミンへのアルケニル有機金属試薬の付加反応や、アリル位へのアジドもしくは二級アミンの求核置換反応が挙げられる。しかしこれらはいずれもアルケンの事前官能基化が必須である。

より直截的なアリルアミン合成法として遷移金属触媒を用いたアルケンまたはアルキンのイミンへの付加反応が盛んに研究されている。2003Jamisonらはニッケル触媒を用いた芳香族ボロン酸やトリアルキルボランとアルキン、イミンの三成分連結反応により多様なアリルアミンを合成できることを報告した(1A)[2]2007Krischeらはイリジウム触媒を用いた水素化を伴うアルキンとイミンのカップリングによりアリルアミンを合成した(1B)[2]

今回の著者である南開大学のZhou教授は2018年にニッケル触媒を用いたスチレン誘導体とイミンのヒドロアルケニル化反応によるアリルアミン合成法を報告している(1C)[3]。著者らは当該反応が可逆反応であることに注目し、複数種のアルケンが存在する場合は生成したアリルアミンとのアルケニル基の交換反応が進行するのではないかと考えた。この仮説をもとに、アルケンと単純なアリルアミンのアルケニル基の交換反応による新奇アリルアミン合成法を開発した(1D)。原料のアリルアミンから生じるアルケンが揮発性であり、反応系外に放出されることが本反応を進行させる鍵である。本手法はこれまで広く用いられてきた不安定なイミンを原料として用いる必要がないという利点がある。

図1. 遷移金属触媒を用いたアリルアミン合成例

“Alkenyl Exchange of Allylamines via Nickel(0)-Catalyzed C–C Bond Cleavage”

Fan, C.; Lv, X.-Y.; Xiao, L.-J.; Xie, J.-H.; Zhou, Q.-L. J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 2889.

DOI: 10.1021/jacs.8b13251

論文著者の紹介

研究者:Qi-Lin Zhou (URL:http://zhou.nankai.edu.cn, ケムステ)

1982 蘭州大学 卒業
1987 中国科学技術院 上海有機化学研究所 博士号取得(Yao-Zeng Huang 教授)
1988-1990 華東理工大学(East China University of Science and Technology) 博士研究員(Zheng-Hua Zhu 教授)
1990-1992 マックスプランク高分子研究所 博士研究員(Klaus Müllen 教授)
1992-1994 バーゼル大学 博士研究員(Andreas Pfaltz 教授)
1994-1996 テキサス トリニティ大学 博士研究員(Michael P. Doyle 教授)
1996-1997 華東理工大学 准教授
1997-1999 華東理工大学 教授
1999- 南開大学 教授
研究内容:キラル配位子および触媒的不斉反応の開発、生物活性物質の不斉合成

論文の概要

本反応はNi(cod)2/PCy3触媒存在下、一置換アルケンとアリルアミンをヘキサン中100 °Cで加熱することでアルケニル基同士の官能基交換反応が進行し、二置換アリルアミンをE選択的に与える(2A)

一置換アルケンとしてはスチレン誘導体が適しており、ベンゼン環上に電子供与性および電子求引性置換基、ホウ素やケイ素をもつものでも反応が進行する。ベンゼン環以外にもナフタレン環やフラン環、チオフェン環などが適用できる。脂肪族アルケンを用いた場合でも反応は進行するが、ホモアリルアミンが主生成物となる。また、原料のアリルアミンについてはa位の炭素上に鎖状および環状のアルキル基やトリフルオロメチル基などの置換基をもつものが適用可能である。特筆すべきことに末端に二重結合をもつアルキル基が置換されている場合でも本反応はアリルアミン選択的に進行する。a位炭素上にアリール基をもつ場合は反応性が低下するが、トシルアミドを添加し溶媒をトルエンに変更することで収率が向上した。

中間体の捕捉や重水素化実験などにより、推定反応機構が提唱されている(2B)0価のニッケルにトシルアミドのN–H結合が酸化的付加して二価のニッケル錯体Aを形成する。Aに原料のアリルアミン2が挿入してBとなり、トシルアミドの解離を伴ってアザニッケラサイクルCが形成される。続いてC–C結合の開裂によりDを生じた後、エチレンと一置換アルケン1との配位子交換が進行しEとなり、再度環化することによりアザニッケラサイクルFを形成する。FNi–N結合が開裂することでGを生じ、b水素脱離により二置換アリルアミン3を与えると共にAが再生する。これらの素反応は全て可逆反応であるが、DからEへの配位子交換において原料のアリルアミン由来のエチレンが系外へ放出されることで平衡が生成物側に偏る。

図2. (A) 基質適用範囲 (B) 推定反応機構

 

以上のように単純なアリルアミンからより複雑な二置換アリルアミンを合成する手法が開発された。本法がより多置換のアリルアミン合成や不斉アリル化反応へ展開されることを期待したい。

 参考文献

  1. Patel, S. J.; Jamison, T. F. Angew. Chem., Int. Ed.2003,42, 1364. DOI: 10.1002/anie.200390349
  2. Barchuk, A.; Ngai, M.-Y.; Krische, M. J. J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 8432. DOI: 10.1021/ja073018j
  3. Xiao, L.-J.; Zhao, C.-Y.; Cheng, L.; Feng, B.-Y.; Feng, W.-M.; Xie, J.-H.; Xu, X.-F.; Zhou, Q.-L. Angew. Chem., Int. Ed. 2018,57, 3396. DOI: 10.1002/anie.201713333
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Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

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