[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
山口 研究室

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. 1つの蛍光分子から4色の発光マイクロ球体をつくる
  2. 暑いほどエコな太陽熱冷房
  3. ご長寿化学者の記録を調べてみた
  4. 第98回日本化学会春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Pa…
  5. 飽和C–H結合を直接脱離基に変える方法
  6. 低分子の3次元構造が簡単にわかる!MicroEDによる結晶構造解…
  7. 巧みに設計されたホウ素化合物と可視光からアルキルラジカルを発生さ…
  8. 2010年イグノーベル賞決定!

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33回 新たな手法をもとに複雑化合物の合成に切り込む―Steve Marsden教授
  2. 可視光光触媒でツルツルのベンゼン環をアミノ化する
  3. 2つのアシロイン縮合
  4. 希少金属
  5. ヘルベルト・ワルトマン Herbert Waldmann
  6. 光誘導アシルラジカルのミニスキ型ヒドロキシアルキル化反応
  7. 投票!2019年ノーベル化学賞は誰の手に!?
  8. 有機合成化学協会誌2017年9月号:キラルケイ素・触媒反応・生体模倣反応・色素・開殻π造形
  9. 「電子の動きを観る」ーマックスプランク研究所・ミュンヘン大学・Krausz研より
  10. (+)-MTPA-Cl

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

四国化成工業ってどんな会社?

私たち四国化成工業株式会社は、、企業理念「独創力」のもと「これまでになかったモノ」を「人とは違うアプ…

第15回ケムステVシンポジウム「複合アニオン」を開催します!

第14回ケムステVシンポが2月3日に開催されますが、その二日後にもアツいケムステVシンポが開催されま…

不斉反応ーChemical Times特集より

関東化学が発行する化学情報誌「ケミカルタイムズ」。年4回発行のこの無料雑誌の紹介をしています。…

2021年化学企業トップの年頭所感を読み解く

2021年が本格始動し始めている中、化学企業のトップが年の初めに抱負や目標を述べる年頭所感を続々と発…

転職を成功させる「人たらし」から学ぶ3つのポイント

転職活動を始めた場合、まずは自身が希望する職種、勤務地、年収などの条件を元にインターネットで求人を検…

mRNAワクチン(メッセンジャーRNAワクチン)

病原体のタンパクをコードしたmRNAをベースとしたワクチン。従来のワクチンは、弱毒化・不活化した病原…

第139回―「超高速レーザを用いる光化学機構の解明」Greg Scholes教授

第139回の海外化学者インタビューはグレッグ・ショールズ教授です。トロント大学化学科(訳注:現在はプ…

分子の対称性が高いってどういうこと ?【化学者だって数学するっつーの!: 対称操作】

群論を学んでいない人でも「ある分子の対称性が高い」と直感的に言うことはできるかと思います。しかし分子…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP