[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

アルケンでCatellani反応: 長年解決されなかった副反応を制御した

[スポンサーリンク]

アルケンに対するCatellani反応が開発された。構造改変したノルボルネンを用いることで副反応のシクロプロパン化が抑制され、四置換オレフィンを効率的に合成することができる。

Catellani反応とシクロプロパン化

Catellani反応は、パラジウム触媒とNBE(ノルボルネン)を併用することでハロアレーンのオルト位とイプソ位を一挙に二官能基化できる優れた手法として知られる(図1A)[1]。この反応は、ハロアレーンのパラジウムへの酸化的付加、続くNBEとのカルボパラデーションを経てパラダサイクルAを形成することが鍵である。本反応を同様にC(sp2)–ハロゲン結合をもつハロアルケンに対して適用できれば、複雑な多置換アルケンが短工程で合成できる有用な手法となりうる。

しかし、ハロアルケンをCatellani反応に用いるとシクロプロパン化が進行し、目的の化合物が得られないことがわかっている(図1B)[2]。この問題はCatellani反応が最初に報告されてから20年以上解決されていない。アルケンは芳香族化合物に比べπ結合の反応性が高く、アルケニルノルボルニル中間体Bからの3-exo-trig環化反応が進行するためである。アルケニルCatellani反応の実現に際し、中間体B(もしくはC)からの3-exo-trig反応の抑制と、Bの望みのC–Hメタル化、及び中間体Cにおけるβ炭素脱離反応の促進が重要となる。
今回シカゴ大学のDong教授らは、長年の課題であったアルケニルCatellani反応を開発した(図1C)。構造改変した置換ノルボルネンによるシクロプロパン化の抑制や、2-ヒドロキシ5-トリフルオロメチルピリジン(5-CF3-Py-2-OH)助触媒の使用によるC–Hメタル化の促進が成功の鍵である[3][4]。容易に入手できるアルケニルトリフラートまたはブロモアルケンから位置選択的な多置換アルケンの合成が可能となった。

図1 A. 一般的なCatellani反応 B. アルケンに対するCatellani反応の適用(望まぬシクロプロパン化が進行する) C. 今回の反応

“Modular and regioselective synthesis of all-carbon tetrasubstituted olefins enabled by an alkenyl Catellani reaction”
Wang, J.; Dong, Z.; Yang, C.; Dong, G. Nat. Chem., 2019, 11, 1106–1112
DOI: 10.1038/s41557-019-0358-y

研究者:Guangbin Dong (董广彬)
研究者の経歴:
1999–2003 BSc, in Chemistry, Peking University, Beijing, China (Prof. Z. Yang)
2004–2009 Ph.D. in Chemistry, Stanford University, Stanford, California (Prof. B. M. Trost)

2009–2011 Camile and Henry Dreyfuns Postdoctral Fellow, California Institute of Technology (Prof. R. H. Grubbs)
2011–2016 Assistant Professor, CPRIT Scholar for Cancer Research, University of Texas at Austin
2016– Professor of Chemistry, The University of Chicago
研究内容:C–H/C–C結合活性化反応、金属触媒開発、 創薬化学、グラフェンナノリボンの合成

論文の概要

本手法ではPd(cod)Cl2/L1触媒に構造改変により独自に合成したNBE(N1)、さらに5-CF3-Py-2-OHを助触媒とし、炭酸セシウム存在下アルケニルトリフラート1とヨードアルカン2、オレフィン3を反応させることで四置換アルケン4が得られる(図2A)。5-CF3-Py-2-OHはパラダサイクル中間体のC–Hメタル化を促進していると考えられている。本反応の収率は、使用するNBE助触媒や配位子に非常に敏感である。例えば、N1のかわりにC2位がシアノ(N2)やエステル(N3)で置換されたNBEやC5位にアミドをもつNBE(N4)では4の収率が大幅に低下し、シクロプロパン化が併発した(詳細は論文参照)。また、配位子はビアリールジフェニルホスフィン(L1, L2)が本反応に有効であるのに対し、ジアルキルホスフィン(L3)や、2,6-ジメトキシビアリールジフェニルホスフィン(L4)では収率が大幅に低下する。本反応では、環状、非環状ハロアルケンに対し様々なハロアルカン2やオレフィン3を反応させることができる(4a–c)。さらに、ヨードアルカンの代わりにブロモアレーン2dや、オレフィン3の代わりにボロン酸3eを用いることも可能であり、それぞれ対応するカップリング体4d, 4eが得られる。
本反応を精査したところ、ビアリールジフェニルホスフィン配位子L1, L2を用いた際、これらの化合物由来のジベンゾホスホールオキシドが生成することがわかった(図2C)。この結果から、本反応の活性な配位子は、系中で生成するL5L6であると想定した。そこで、L2およびL6を用いた速度論実験を行った結果、L2を用いた場合にのみ反応誘導段階が観測され、両配位子をもちいた際の反応速度がほぼ同じであることが確認された。以上から、反応系中ではL5L6が活性な配位子として働いていると推察される。

図, 2. A. 最適条件 及びノルボルネンと配位子の検討 B.基質適用範囲 C. 反応機構解明実験

以上、初のハロアルケンに対するCatellani反応が開発された。単純なアルケニルトリフラートやハロアルケンを速やかに複雑化合物へ誘導できる手法であり、今後の応用や展開に期待できる。

参考文献

  1. Frignani, F.; Rangoni, A.; Catellani, M. A Complex Catalytic Cycle Leading to a Regioselective Synthesis of o,o‘-Disubstituted Vinylarenes. Angew. Chem., Int. Ed. 1997, 36, 119–122. DOI: 10.1002/anie.199701191
  2. (a) Chiusoli, G. P.; Catellani, M. Competitive Processes in Palladium-Catalyzed C–C Bond Formation. Organomet. Chem. 1982, 233, C21–C24. DOI:10.1016/S0022-328X(00)82713-8 (b) Khanna, A.; Premachandra, I. D. U. A.; Sung, P. D.;  Van Vranken, D. L. Palladium-Catalyzed Catellani Aminocyclopropanation Reactions with Vinyl Halides. Org. Lett. 2013, 15, 3158–3161. DOI: 10.1021/ol401383m
  3. YuやZhouらは以前に、種々のCatellani型反応において置換ノルボルネンによる促進効果を見いだしている。(a)Shen, P.-X.; Wang, X.-C.; Wang, P.; Zhu, R.-Y.; Yu, J.-Q. Ligand-Enabled Meta-C–H Alkylation and Arylation Using a Modified Norbornene. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 11574–11577. DOI: 10.1021/jacs.5b08914 (b) Wang, J.; Li. R.; Dong, Z.; Liu, P.; Dong, G. Complementary Site-Selectivity in Arene Functionalization Enabled by Overcoming the ortho Constraint in Palladium/Norbornene Catalysis. Nat. Chem. 2018, 10, 866−872. DOI: 10.1038/s41557-018-0074-z (c) Cheng, H.-G.; Wu, C.; Chen, H.; Chen, R.; Qian, G.; Geng, Z.; Wei, Q.; Xia, Y.; Zhang, J.; Zhang, Y.; Zhou, .Q. Epoxides as Alkylating Reagents for the Catellani Reaction. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 3444–3448. DOI: 10.1002/anie.201800573. (d) Chen, S.; Liu, Z.-S; Yang, T.; Hua, Y.; Zhou, Z.; Cheng, H.-G.; Zhou, Q. The Discovery of a Palladium(II)-Initiated Borono-Catellani Reaction. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 7161–7165. DOI: 10.1002/anie.201803865. (e) Qian, G.; Bai, M.; Gao, S.; Chen, H.; Zhou, S.; Cheng, H.-G.; Yan, W.; Zhou, Q. Modular One-Step Three-Component Synthesis of Tetrahydroisoquinolines Using a Catellani Strategy. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 10980–10984 DOI: 10.1002/anie.201806780. (f) Annamalai, P.; Hsiao, H.-C.; Raju, S.; Fu, Y.-H.; Chen, P.-L.; Horng, J.-C.; Liu, Y.-H.; Chuang, S.-C. Synthesis, Isolation, and Characterization of Mono- and Bis-norbornene-Annulated Biarylamines through Pseudo-Catellani Intermediates. Org. Lett. 2019, 21, 1182–1186. DOI: 10.1021/acs.orglett.9b00119
  4. Yuらは、2-ヒドロキシピリジン類がC–Hメタル化を促進する助触媒であることを見いだしている。(a)Wang, P.; Verma,P.; Xia, G.; Shi, J.; Qiao, J. X.; Tao, S.; Cheng, P. T. W.; Poss, M. A.; Farmer, M. E.; Yeung, K.-S.; Yu, J.-Q. Ligand-accelerated non-directed C−H functionalization of arenes. Nature2017, 551, 489–493. DOI: 1038/nature24632 (b) Wang, P.; Farmer, M. E.; Huo, X.; Jain, P.; Shen, P.-X.; Ishoey, M.; Bradner, J. E.; Winiewski, S. R.; Eastgate, M. D.; Yu, J.-Q. Ligand-Promoted Meta-C–H Arylation of Anilines, Phenols, and Heterocycles. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9269–9276. DOI: 10.1021/jacs.6b04966 (c) Farmer, M. E.; Wang, P.; Shi, H.; Yu, J.-Q. Palladium-Catalyzed meta-C–H Functionalization of Masked Aromatic Aldehydes. ACS Catal. 2018, 8, 7362−7367. DOI: 10.1021/acscatal.8b01599
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. 光と熱で固体と液体を行き来する金属錯体
  2. フロー合成と電解合成の最先端、 そしてデジタル有機合成への展開
  3. 有機合成化学協会誌2025年5月号:特集号 有機合成化学の力量を…
  4. なぜ青色LEDがノーベル賞なのか?ー性能向上・量産化編
  5. 2009年人気記事ランキング
  6. 世界最大級のマススペクトルデータベース「Wiley Regist…
  7. 【書籍】文系でも3時間でわかる 超有機化学入門: 研究者120年…
  8. 多孔質ガス貯蔵のジレンマを打ち破った MOF –質量でもよし、体…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 磁力で生体触媒反応を制御する
  2. 求核置換反応 Nucleophilic Substitution
  3. ボタン一つで化合物を自動合成できる機械
  4. オキソアンモニウム塩を用いたアルデヒドの酸化的なHFIPエステル化反応
  5. キラル金属光レドックス触媒の最前線を駆け抜けろ!触媒デザインの改良と生物活性天然物の前人未到の不斉全合成を同時に達成
  6. 仕事の進め方を見直してみませんか?-SEの実例から
  7. 励起パラジウム触媒でケトンを還元!ケチルラジカルの新たな発生法と反応への応用
  8. ジアルキル基のC–H結合をつないで三員環を作る
  9. 一般人と化学者で意味が通じなくなる言葉
  10. 超原子価臭素試薬を用いた脂肪族C-Hアミノ化反応

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2020年3月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

最新記事

アビディ アルキン合成/Abidi Alkyne Synthesis

概要アビディ アルキン合成(Abidi Alkyne Synthesis)は、米国魚類野生生物局…

第43回メディシナルケミストリーシンポジウム@京都

テーマ「創薬化学の新たな潮流 多彩なアプローチで未来を創る」 日時2026年11月11日…

圧力は「設定値」だけで決まらない【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…

査読に AI を使われた体験談

生成 AI の普及は加速しており、調べもの、英文校閲など研究者の皆さんも活用していることと思います。…

フィーゼルマン チオフェン合成/Fiesselmann Thiophene Synthesis

概要フィーゼルマン チオフェン合成(Fiesselmann Thiophene Synthesi…

“とび跳ねる水滴”に潜む物理 〜接触時間とエネルギー源で読む撥水・防氷のテク〜

熱したフライパンに落ちた水滴が、玉になってコロコロと走り回り、冷えた面では、結露水が合体した瞬間に跳…

AI時代に研究者がすでに持っている力・これから伸ばしたい力

論文要約や文献検索など、研究現場でもAI活用が日常化する一方、「自分の仕事の先行き」に漠然とした不安…

miHub®を活用した探索的データ解析の実践

開催概要研究開発においてデータ活用が進む中、機械学習モデルの構築や予測解析に…

“ある特効薬”のはなし ~本田宗一郎氏の回想から

Tshozoです。最近実家に戻っては色々と廃棄するなどの店じまいを少しずつ進めているのですが、中…

高分子鎖を束ねた新しい共重合体「束状共重合体」が誕生

第715回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院 工学系研究科(植村研究室)に所属されていた亀谷…

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