[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ピリジン同士のラジカル-ラジカルカップリング

[スポンサーリンク]

電子移動試薬としてB2pin2を用いたピリジルホスホニウム塩とシアノピリジンのクロスカップリング反応が開発された。ラジカルラジカルカップリングで位置選択的に2,4ビピリジンが生成する。

カップリング法によるビピリジン合成

ビピリジン骨格は多くの医薬品にある重要な骨格であり(1)、その効率的な合成法が強く望まれている。ビピリジンは金属触媒を用いたクロスカップリングで合成できるが、ハロゲン化物、ピリジン金属化合物などの原料合成に多工程を要するという課題があった(図1A)(2)。一方、ピリジンの直接官能基化反応として、Minisci反応に代表されるラジカル付加反応が近年注目を集めている(3)。この反応は酸などで活性化されたピリジン類(ピリジニウム塩)に対し、炭素ラジカルを付加することでピリジンの直接官能基を実現している(図1B)。これまでに、ピリジンにアルキル、アリール、トリフルオロメチル、そしてアシルラジカルを付加できることが報告されている(3)。しかし、ピリジルラジカルを用いたビピリジン骨格の合成例は未だない。この原因は、生成したピリジルラジカルが、ラジカルπ-受容体としてのピリジンとピリジルラジカル前駆体の両者に対して反応しうることから、クロスカップリング選択性が難しいためであると考えられる。

今回、McNally助教授らは彼らがこれまで注力してきたピリジルホスホニウム塩の研究において、B2pin2を用いたボリル化反応の検討中(4)、予期せずピリジルホスホニウム塩とシアノピリジンが位置選択的にクロスカップリングすることを発見した(図1C)。本反応はMinisci反応のようなラジカル付加機構ではなく、ラジカル–ラジカルカップリング機構で進行する。

図1. (A) 金属触媒を用いたクロスカップリングによるビピリジン合成 (B) Minisci反応 (C) ラジカル–ラジカルカップリングによるビピリジン合成

 

A Pyridine-Pyridine Cross-Coupling Reaction via Dearomatized Radical Intermediates

Koniarczyk. J. L.; Greenwood. J. W.; Alegre-Requena, J. V.; Paton, R. S.; McNally, A. Angew. Chem., Int. Ed.2019, Early view

DOI: 10.1002/anie.201906267

論文著者の紹介

研究者: Andrew McNally

研究者の経歴:
–2003 M.A., M.Sc., Natural Sciences, University of Cambridge (Prof. Ian Paterson)
2003–2007 Ph.D., University of Cambridge (Prof. Matthew J. Gaunt)
2007–2011 Postdoc, Princeton University (Prof. David W. C. MacMillan)
2011–2014 Postdoc, University of Cambridge (Prof. Matthew J. Gaunt)
2014– Assistant Professor, Colorado State University

研究内容:複素環式化合物の直接官能基化反応の開発

研究者: Robert S Paton

研究者の経歴:
–2004 M.A., M.Sc., Natural Sciences, University of Cambridge
2005–2008 Ph.D., University of Cambridge (Prof. J. M. Goodman)
2009–2010 Postdoc., the University of California (Prof. K. N. Houk)
2010–2014 University Lecturer, University of Oxford
2014–2018 AssociateProfessor,University of Oxford (with tenure)
2018– AssociateProfessor, Colorado State University

研究内容:コンピューターによる触媒設計、データ駆動型化学

論文の概要

本反応は、ピリジルホスホニウム塩1とシアノピリジン2を、B2pin2、トリエチルアミン存在下1,2-ジクロロエタン溶媒中室温で反応させることで、2,4’-ビピリジン3を生成する(図2A)。本反応では、2位および3位に置換基をもつピリジルホスホニウム塩1が良好な収率で対応するビピリジン(3a,3b)を与えた。シアノピリジン2に関しては、3位にアルキル基やヘテロ芳香環をもつ基質でも対応する2,4’-ビピリジン(3c,3d)が生成する。

著者らは、ラジカル捕捉実験及びDFT計算などの反応機構解明実験を行い、反応機構を次のように提唱した(図2B)。B2pin2とシアノピリジン2が反応してInt-1が形成した後、ラジカル均一開裂によりシアノピリジンラジカル2’が生成する(図2Ba)。次に2’1が反応してInt-2が生成し、これが分子内1電子移動(SET)することで、ホスホニウムピリジルラジカル1’2が生成する。なお、1’2’の別の生成経路として、B2pin21および2から生成するInt-3の均一開裂もエネルギー的に起こりうることがDFT計算で示唆されている。このようにして生成した2’1’がラジカル–ラジカルカップリングすることで中間体4が生成する。Et3N存在下4が脱ホウ素およびPPh3の脱離によって5となり、最後に5が空気酸化されることで2,4’-ビピリジン3が生成する(図2Bb)。

以上、B2pin2を電子移動試薬として用い、ピリジルホスホニウム塩1とシアノピリジン2がラジカル–ラジカルカップリングすることを発見した。非金属触媒条件下、簡便な操作で反応が進行するため、医薬品合成へのさらなる応用が期待できる。

図2. (A) 基質適用範囲 (B) 推定反応機構

 

参考文献

  1. A. J.; Mercer, S. P.; Schreier, J. D.; Cox, C. D.; Fraley, M. E.; Steen, J. T.; Lemaire, W.; Bruno, J. G.; Harrell, C. M.; Garson, S. L.; Gotter, A. L.; Fox, S. V.; Stevens, J.; Tannenbaum, P. L.; Prueksaritanont, T.; Cabalu, T. D.; Cui, D.; Stellabott, J.; Hartman, G. D.; Young, S. D.; Winrow, C. J.; Renger, J. J.; Coleman, P. J. ChemMedChem.2014,9, 311. DOI: 10.1002/cmdc.201300447
  2. Campeau, L.-C.; Fagnou, K. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 1058. DOI: 10.1039/b616082d
  3. Duncton, M. A. MedChemComm2011, 2, 1135. DOI: 1039/C1MD00134E
  4. (a) Hilton, M. C.; Zhang, X.; Boyle, B. T.; Alegre-Requena, J. V.; Paton, R. S.; McNally, A. Science 2018, 362, 799.DOI: 1126/science.aas8961(b) Boyle, B. T.; Hilton, M. C.; McNally, A. J. Am. Chem. Soc.2019, Just Accepted. DOI: 10.1021/jacs.9b08504
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. MEDCHEM NEWS 33-2 号「2022年度医薬化学部会…
  2. 【7月開催】第十回 マツモトファインケミカル技術セミナー   オ…
  3. 2010年イグノーベル賞決定!
  4. η6配位アルキルベンゼンで全炭素(3+2)環化付加
  5. 水中で光を当てると水素が湧き出るフィルム
  6. 荷電π電子系が発現するジラジカル性をイオンペア形成によって制御
  7. エナンチオ選択的Heck反応で三級アルキルフルオリドを合成する
  8. 2010年人気記事ランキング

注目情報

ピックアップ記事

  1. 【東日本大震災より10年】有機合成系研究室における地震対策
  2. 世界初のPROTAC医薬、ついに承認 ―「タンパク質を阻害する」から「分解する」時代へ
  3. Cyclopropanes in Organic Synthesis
  4. エキノコックスにかかわる化学物質について
  5. 過塩素酸カリウム (potassium perchlorate)
  6. たばこと塩の博物館
  7. 最小のシクロデキストリンを組み上げる!
  8. 柴崎・東大教授が英化学会メダル受賞
  9. カリウム Potassium 細胞内に多量に含まれる元素
  10. 【化学×AI・機械学習クラウド】実験科学者・エンジニア自身が実践するデータサイエンス/データケミカル株式会社

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年9月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30  

注目情報

最新記事

アンモニウム構造によりラジカル種の発生位置を完全に制御!

第710回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理工学研究科 村上研究室の榊原 陽太(さかきばら …

化学つれづれ草【ある研究者の回想】

概要物理化学者で量子機能材料を専門とする著者によるエッセイ集.化学者としての研究,教育,人生…

第60回有機反応若手の会

開催概要有機反応若手の会は、有機化学分野で研究を行う全国の大学院生を中心とした若手研究者が集い、…

ノーベル賞受賞者と語り合う5日間!「第18回HOPEミーティング」参加者募集!

申し込みはこちら概要主催:独立行政法人 日本学術振興会(JSPS)開催地:神奈川…

光触媒による高効率なCO2還元の実現―まさかの光を弱く当てることが重要だった―

第709回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 理学院(前田研究室)博士後期課程2年の仲田竜一 …

「π-πスタッキング」という言葉が生む誤解【芳香環の相互作用を見直す: 前編】

芳香環が平行に並んで近接しているとき、その構造を「π–π スタッキング」と表されることがよくあります…

一重項酸素によるC(sp2)−P結合切断を用いた長波長光によるリン化合物のアンケージング

第 708 回のスポットライトリサーチは、同志社女子大学 薬学部 医療薬学科 5…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける画像解析の活用ガイド

開催概要材料開発において、電子顕微鏡やX線トモグラフィーを用いて材料の微細構造を観察するために画…

世界初のPROTAC医薬、ついに承認 ―「タンパク質を阻害する」から「分解する」時代へ

2026年5月、創薬化学の歴史に残る大きな出来事が起きました。米国 FDA は、…

有機蛍光とは異なる新しい有機りん光の分子設計指針の発見

第707回のスポットライトリサーチは、電気通信大学 情報理工学研究科(牧昌次郎研究室)の林希久也 助…

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