[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

強塩基条件下でビニルカチオン形成により5員環をつくる

[スポンサーリンク]

LiHMDSと弱配位性アニオン塩触媒を用いた分子内C–H挿入反応が開発された。系内で調製したリチウム弱配位性アニオン塩触媒により、ビニルカルボカチオンが生じ、ヘテロ原子を含む化合物でもC–H挿入反応が進行する。

カルボカチオンを用いたC–H挿入反応

カルボカチオンは現代有機化学において医薬品や有機材料の合成に重要な役割を果たしてきた(1)。カルボカチオンは古くからルイス酸やブレンステッド酸、また強酸性な「マジック酸」で生成される。最近では、剛直で弱配位性アニオン塩(WCA)を用いたシリリウムイオン(R3Si+)も様々な化合物にカルボカチオンを生成できることが知られている(2)。このような強力な求電子性試薬は炭化水素からも反応性カルボカチオンを生成するが、ヘテロ原子の豊富な複雑な化合物に適用できない(3)
最近UCLAのNelson助教授らはアリール/ビニルカルボカチオンが不活性sp3C–H結合を“活性化”し、その結果高収率でC–H挿入反応が進行することを報告した(図1a,1b)(4)。しかしこれらは、1) 高求電子性のシリリウムイオンを用いる必要がある、2) WCAとして汎用でないカルボランアニオンを用いなければならない、3) 基質一般性が狭いという課題があった。
今回、Nelsonらは強塩基条件下(LiHMDS)、高エネルギービニルカチオンを生成できることを発見した。WCAに市販のテトラキスアリールボラート塩を用いることができ、それを触媒として用いた分子内sp3C–H挿入反応を開発した(図1c)。本反応は、ヘテロ原子を含む基質でも反応が進行する。

図1. カルボカチオンを用いたC–H挿入反応

 

Vinyl Carbocations Denerated under Basic Conditions and Their Intramolecular C–H Insertion Reactions
Wigman, B.; Popov, S.; Bagdasarian, A. L.; Shao, B.; Benton, T. R.; Williams, C. G.; Fisher, S. P.; Lavallo, V.; Houk, K. N.; Nelson, H. M. J. Am. Chem. Soc2019,141, 9140.
DOI: 10.1021/jacs.9b02110

論文著者の紹介


研究者: Hosea M. Nelson
研究者の経歴:
2004B.S. Department of Chemistry, UC Berkeley
2012 Ph.D., Caltech (Prof. Brian M. Stoltz)
2015 Postdoc, UC Berkeley (Prof. F. Dean Toste)
2015– Assistant Professor (Principal investigator), UCLA
研究内容:典型元素の触媒反応、生物活性分子の全合成、ケミカルバイオロジー

論文の概要

シクロオクテニルトリフラート1にトリチリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート触媒存在下、LiHMDSを作用させると分子内C–H挿入反応(渡環反応)が進行し、良好な収率でビシクロオクタン骨格をもつオレフィン2が生成した(図2A)。本反応は、1の3-アリール置換部位に、ヘテロ原子をもつ基質:ベンジルモルホリン体2aとチオエーテル体2bであっても進行し、電子不足なアレーン2cでも良好な収率で生成物が得られる。なお、得られる生成物はオレフィンの異性体の混合物であり(スチレニル型オレフィン、3置換オレフィンおよび4置換オレフィン)、スチレニル型オレフィン体のみ単離可能であった。また、C2位が置換された3を用いた場合、エキソメチレン体(E体:54%、Z体:28%)が良好な収率で得られた。さらに、ヘテロ原子やハロゲンを含むベンゾスベロン誘導体5も高収率で分子内C–H挿入反応が進行した。
著者らは、各種実験とDFT計算、Gutmann–Becket法により反応機構解明を試みた結果、本反応の反応機構を次のように提唱した(図2B)。まず、LiHMDSと弱配位性アニオン塩で形成するルイス酸性のリチウム種がトリフラートを捕捉し、ビニルカチオンが生成する(I)。次に、渡環C–H挿入反応によりビシクロオクタン骨格を形成する(II)。続いて1,2-ヒドリド移動により、三級カチオンとなり(III)、塩基による脱プロトン化によりオレフィンを与える(IV)。
以上、LiHMDSと弱配位性アニオン性触媒を用い、ビニルカチオンを形成させることで、分子内sp3C–H挿入反応が進行することを発見した。入手容易な触媒、簡便の操作と官能基耐性の改善により、材料や医薬品など工業的な応用が期待できる。

図2. (A) 基質適用範囲 (B) 推定反応機構

参考文献

  1. Naredla, R. R.; Klumpp. D. A. Chem, Rev.2013, 113, 6905. DOI: 10.1021/cr4001385
  2. (a) Kehrmann, F.; Wentzel, F. Ber. Dtsch. Chem. Ges.1901,34, 3815. DOI: 10.1002/cber.19010340393 (b) Olah, G. A.; Lukas, J. J. Am. Chem. Soc. 1967,89, 2227. DOI: 10.1021/ja00985a039
  3. (a) Lühmann, N.; Panisch, R.; Müller, T. A. Appl.  Organomet. Chem.2010, 24, 533. DOI: 10.1002/aoc.1658 (b) Biermann, U.; Koch, R.; Metzger, J. O. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 3076. DOI: 10.1002/anie.200504288
  4. (a) Shao, B.; Bagdasarian, A. L.; Popov, S.; Nelson, H. M. Science 2017, 355, 1403.DOI: 1126/science.aam7975 (b) Popov, S.; Shao, B.; Bagdasarian, A. L.; Benton, T. R.; Zhou, L; Yang, Z; Houk, K. N.; Nelson, H. M. Science 2018, 361, 381. DOI: DOI: 10.1126/science.aat5440
Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. U≡N結合、合成さる
  2. Ns基とNos基とDNs基
  3. 可視光でスイッチON!C(sp3)–Hにヨウ素をシャトル!
  4. カンブリア爆発の謎に新展開
  5. 研究者1名からでも始められるMIの検討-スモールスタートに取り組…
  6. 2015年化学生物総合管理学会春季討論集会
  7. 逐次的ラジカル重合によるモノマー配列制御法
  8. in-situ放射光X線小角散実験から明らかにする牛乳のナノサイ…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 科学警察研究所
  2. 相良剛光 SAGARA Yoshimitsu
  3. ウクライナ危機で貴ガスの価格が高騰、半導体業界も緊張高まる
  4. MSI.TOKYO「MULTUM-FAB」:TLC感覚でFAB-MS測定を!(2)
  5. 過酸による求核的エポキシ化 Nucleophilic Epoxidation with Peroxide
  6. 向山酸化還元縮合反応 Mukaiyama Redox Condensation
  7. モノクローナル抗体を用いた人工金属酵素によるエナンチオ選択的フリーデル・クラフツ反応
  8. 第56回「複合ナノ材料の新機能を時間分解分光で拓く」小林洋一 准教授
  9. 理系が文系よりおしゃれ?
  10. 第74回―「生体模倣型化学の追究」Ronald Breslow教授

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年7月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

注目情報

最新記事

第6回鈴木章賞授賞式&第10回ICReDD国際シンポジウム開催のお知らせ

計算科学、情報科学、実験科学の3分野融合による新たな化学反応開発に興味のある方はぜひご参加ください!…

条件の「前後」も実験条件である【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

そのpH、“本当にその場所”の値ですか?ニードル式pHセンサーを使ってみた!

突然ですが、「培養の再現性がなんか悪い」「同じ条件のはずなのに結果がズレる」といった経験はあ…

「骨格編集」×「ナノカーボン合成」〜ナノカーボン合成の新戦略を実証〜

第719回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(忍久保研究室)博士後期課程2年の平…

【書評】立体化学 はじめの一歩

立体化学は,分子の三次元構造を理解するための重要な分野であり,有機化学や…

水のシミュレーション入門 — 水分子を計算機の中でどう”描く”か —

身近なのに、計算機にとって手強い"水"。本記事では、点電荷モデルから機械学習まで、その"描き方"の進…

◆◇◆◇ 第36回フォーラム・イン・ドージン開催のご案内 ◆◇◆◇

同仁化学研究所が熊本から世界へ情報発信するフォーラム・イン・ドージンの開催ご案内です。今年は『な…

『力』による円偏光発光のon/off制御を単一分子レベルで実現

第718回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 物質理工学院(相良研究室)博士後期課程2年の野中…

数日かかっていた反応機構解析を、わずか数分に!

機械学習ポテンシャルが変える計算化学の現在近年、DFT計算による反応機構解析は広く行われるよ…

海外ポスドクのオファーをもらう【アメリカで Ph.D. を取る: 進路編】

ポスドクとして海外に留学する場合、希望する研究室の教授に直接連絡を取り、面接などを通して適性を判断さ…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP