[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

エネルギーの襷を繋ぐオキシムとアルケンの[2+2]光付加環化

[スポンサーリンク]

環状オキシムとアルケンの可視光増感型分子間[2+2]光付加環化反応が開発された。光触媒からのエネルギー移動によって環状オキシムが寿命の長い三重項状態に励起され、種々のアルケンと反応する

アゼチジン骨格合成とアザ・パターノ・ビューチ反応

アゼチジンは医薬品化学における重要骨格であり、効率的な合成法が求められている[1]。アゼチジンの合成には、古くから窒素求核剤の分子内求核置換反応が用いられてきたが、不利な重なり形配座を経由するため、収率や基質適用範囲に改善の余地がある(図1A)[2]。環歪みの大きいアザビシクロブタンの開環や、b-ラクタムの還元による合成法も報告されているが、直截的なアゼチジンの構築には至っていない。

一方、アルケンとイミン類の[2+2]光付加環化反応(アザ・パターノ・ビューチ反応)もアゼチジン合成に汎用される[2]。向井らは本反応を環状オキシムに初めて適用し、アリール基をもつイソオキサゾリンとインデン類やヘテロ芳香環との分子間[2+2]光付加環化反応を開発した(図1B)[3]。紫外線照射下一重項エキシプレックスを形成し、高ジアステレオ選択的に反応が進行するものの、基質適用範囲が限定的だった。2019年、本論文著者であるミシガン大学のSchindlerらは、可視光増感剤を利用したスチレンとオキシムの分子内アザ・パターノ・ビューチ反応を報告した(図1C)[4]。本反応は可視光照射下で進行するが、三重項状態のスチレン中間体の寿命が短く、分子間反応への応用が難しいことが課題であった。また利用できるアルケンはスチレン誘導体に限られていた。

今回、著者らは、可視光を用いた分子間アザ・パターノ・ビューチ反応を開発した(図1D)。Ir光触媒1からエステルをもつイソオキサゾリンへの三重項エネルギー移動を鍵とし、長年の課題であったアルケンの基質適用範囲の拡大を実現した。

図1. (A) アゼチジン骨格の合成法 (B) 向井らの合成法 (C) Schindlerらの分子内環化による合成法 (D) 今回の合成法

 

“Synthesis of Azetidines via Visible-Light-Mediated Intermolecular [2+2] Photocycloadditions

Becker, M. R.; Wearing, E. R.; Schindler, C. S. Nat. Chem. 2020, 12, 898–905.

DOI: 10.1038/s41557-020-0541-1

論文著者の紹介


研究者:Corinna S. Schindler

研究者の経歴:

1999–2004 Diploma, Technical University of Munich, Germany
2005–2010 Ph.D., ETH Zurich, Switzerland (Prof. Erick M. Carreira)
2010–2013 Postdoc, Harvard University, U.S.A. (Prof. Eric N. Jacobsen)
2013–2019 Assistant Professor, University of Michigan, U.S.A.
2019– Associate Professor, University of Michigan, U.S.A.

研究内容:オレフィン–カルボニルメタセシス、全合成

論文の概要

本反応は2-イソオキサゾリン2とアルケン3に対し、fac-[Ir(dFppy)3](1)存在下、青色LEDを照射することでアゼチジン誘導体4が合成できる (図2A)。C5位にメチレンもしくはスピロ炭素をもつ2は高収率でアゼチジン誘導体を与えた(4a, 4b)。また、C3位にニトリル基を有する場合も反応が進行した(4c)。アルケンの基質適用範囲は広く、エチレン(4d)を含む種々のアルケンが適用可能であった。一級アルコールや1,1-二置換アルケンを用いた場合にも環化生成物を与え(4e, 4f)、スピロアゼチジンも高収率で得られた(4g)。環状アルケンや四置換アルケンも本反応に利用することができた(4h, 4i)。

続いて著者らは、アゼチジン誘導体の変換反応を試みた(図2B)。アゼチジン誘導体4jのエステルの還元やグリニャール反応は問題なく進行した(5j, 6j)。イソオキサゾリンのN–O結合はPd触媒を用いた水素化によって開裂でき、ラクトン7jを与えた。Znと塩酸を4jに作用させた場合はイソオキサゾリンのN–C結合が開裂し、g-ラクタムへと誘導可能であった(8j)。

機構解明研究により、反応機構は以下のように提唱されている(図2C)。2がIr光触媒からのエネルギー移動で励起され、励起三重項状態のオキシムIが生成する。I3が反応して得られるビラジカル中間体IIまたはII’を経て環化が進行し、アゼチジン4を与える。ジアステレオ選択性発現の要因は、立体障害が小さいIIの配座がII’よりも有利であるためと考えられている。

図2. (A) 最適反応条件および基質適用範囲 (B) 誘導化 (C) 推定反応機構

 

以上、イソオキサゾリンとアルケンとのアザ・パターノ・ビューチ反応が開発された。本反応は基質適用範囲の広さが魅力であり、アゼチジン誘導体の簡便な合成法としての利用が期待される。

参考文献

  1. Brandi, A.; Cicchi, S.; Cordero, F. M. Novel Syntheses of Azetidines and Azetidinones. Chem. Rev. 2008, 108, 3988–4035. DOI: 10.1021/cr800325e
  2. Richardson, A. D.; Becker, M. R.; Schindler, C. S. Synthesis of Azetidines by Aza Paternò-Büchi Reactions. Chem. Sci. 2020, 11, 7553–7561. DOI: 10.1039/D0SC01017K
  3. (a) Kumagai, T.; Shimizu, K.; Kawamura, Y.; Mukai, T. Photochemistry of 3-Aryl-2-Isoxazoline. Tetrahedron, 1981, 37, 3365–3376. DOI: 1016/S0040-4020(01)92385-3 (b) Kumagai, T.; Shimizu, K.; Kawamura, Y.; Mukai. Photocycloaddition of 3-Aryl-2-Isoxazoline with Five-membered Heterocycles. Chem. Lett. 1983, 12, 1357–1360 DOI: 10.1246/cl.1983.1357 (c) Kawamura, Y.; Kumagai, T.; Mukai, T. Photocycloaddition Reaction of 3-Aryl-2-Isoxazoline with Indene. Generation of [2+2] Cycloadduct Stereoisomers. Chem. Lett. 1985, 14, 1937–1940. DOI: 10.1246/cl.1985.1937
  4. Becker, M. R.; Richardson, A. D.; Schindler, C. S. Functionalized Azetidines via Visible Light-Enabled Aza Paternò-Büchi Reactions. Chem. Commun. 2019, 10, 5095. DOI: 10.1038/s41467-019-13072-x
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. 2023年度第1回日本化学連合シンポジウム「ヒューメインな化学 …
  2. 生体内での細胞選択的治療を可能とする糖鎖付加人工金属酵素
  3. 光で形を変える結晶
  4. 今さら聞けないカラムクロマト
  5. 究極の脱水溶媒 Super2(スーパー スクエア):関東化学
  6. 光と熱で固体と液体を行き来する金属錯体
  7. 東京化成工業がケムステVシンポに協賛しました
  8. 多成分反応で交互ポリペプチドを合成

注目情報

ピックアップ記事

  1. 触媒的C-H酸化反応 Catalytic C-H Oxidation
  2. 有機スペクトル解析ワークブック
  3. 【書籍】10分間ミステリー
  4. 材料・製品開発組織における科学的考察の風土のつくりかた ー マテリアルズ・インフォマティクスを活用し最大限の成果を得るための筋の良いテーマとは ー
  5. C70の中に水分子を閉じ込める
  6. クリストファー・チャン Christopher J. Chang
  7. やせ薬「塩酸フェンフルラミン」サヨウナラ
  8. 電気化学ことはじめ(2) 電位と電流密度
  9. 第71回―「化学のリーディングジャーナルを編集する」Stephen Davey博士
  10. 化学物質の管理が厳格化! -リスクアセスメント-

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2021年1月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

最新記事

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…

MDで観るトライボロジー 〜原子が擦れるその場をシミュレーション〜

軽くて強いのに摩耗に弱いチタン合金は、航空機や人工関節に広く使われています。原子が擦れ合うその場を分…

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