[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

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. 二重芳香族性を示す化合物の合成に成功!
  2. パラジウムが要らない鈴木カップリング反応!?
  3. 単結合を極める
  4. 論文執筆で気をつけたいこと20(2)
  5. 工学的応用における小分子キラリティーの付加価値: Nature …
  6. 光触媒を用いたC末端選択的な脱炭酸型bioconjugation…
  7. 摩訶不思議なルイス酸・トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン
  8. JACSベータ

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 塩基と酸でヘテロ環サイズを”調節する”
  2. レーザー光で実現する新たな多結晶形成法
  3. 超原子価ヨウ素試薬PIFAで芳香族アミドをヒドロキシ化
  4. 求核的フルオロアルキル化 Nucleophilic Fluoroalkylation
  5. 井上 将行 Masayuki Inoue
  6. 特殊ペプチド Specialty Peptide
  7. 薄層クロマトグラフィ / thin-layer chromatography (TLC)
  8. 祝100周年!ー同位体ー
  9. 炭素原子のまわりにベンゼン環をはためかせる
  10. 【第14回Vシンポ特別企画】講師紹介:酒田 陽子 先生

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

注目情報

最新記事

E.・ピーター・グリーンバーグ E. Peter Greenberg

E・ピーター・グリーンバーグ(Everett Peter Greenberg, 1948年11月7日…

「フント則を破る」励起一重項と三重項のエネルギーが逆転した発光材料

第421回のスポットライトリサーチは、大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻 中山研究室の相澤 直矢(…

研究のプロフェッショナルに囲まれて仕事をしたい 大学助教の願いを実現した「ビジョンマッチング」

「アカデミアから民間への移籍は難しい」「民間企業にアカデミアの研究者はな…

SNS予想で盛り上がれ!2022年ノーベル化学賞は誰の手に?

さてことしも9月半ば、ノーベル賞シーズンが到来します!化学賞は日本時間 10月5日(水) 18時45…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける予測モデルの解釈性を上げるには?

開催日:2022/09/28 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

クラリベイト・アナリティクスが「引用栄誉賞2022」を発表!

ノーベル賞発表時期が近づき、例年同様、クラリベイト・アナリティクス社から2022年の引用栄誉賞が発表…

「つける」と「はがす」の新技術|分子接合と表面制御 R4

開講期間令和4(2022)年  9月28日(水)、29日(木)(計2日間)募集人員15名…

ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2022年版】

各媒体からかき集めた情報を元に、「未来にノーベル化学賞の受賞確率がある、存命化学者」をリストアップし…

第31回Vシンポ「精密有機構造解析」を開催します!

こんにちは、今回第31回Vシンポの運営&司会を務めさせていただくMacyです、よろしくお願い…

理化学機器のリユースマーケット「ZAI」

不要になった理化学機器どうしていますか?大学だと資産や予算上の関係でなかなか処分に困るところ…

Chem-Station Twitter

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