[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

技あり!マイルドにエーテルを切ってホウ素で結ぶ

[スポンサーリンク]

亜鉛/ニッケル触媒によるアルキルエーテルのC(sp3)–O結合へのホウ素挿入反応が開発された。得られるホウ素挿入体の反応性を生かし、アルキルエーテルの幅広い誘導体化が可能である。

アルキルエーテルのC(sp3)–O結合活性化とホウ素挿入反応

アルキルエーテルは、容易に入手可能であり、数多くの天然物や医農薬品にみられる構造である[1]。そのC(sp3)–O結合切断を伴う変換反応は、既存の化合物の多様性創出を可能とする強力な手法となりうる。しかし、C(sp3)–O結合は化学的安定性が高いため、通常その切断には強酸の使用や高温など過酷な条件を要する[2]。そのため、より穏和な条件で進行するエーテル変換反応の開発が求められる[3]。近年、比較的穏和な条件で進行する反応として、遷移金属触媒に対するC–O結合の酸化的付加を鍵とするC–O結合変換反応が複数報告された[3]。しかし、これらはほとんどがC(sp2)–O結合やベンジル位やアリル位C(sp3)–O結合に制限される。また、C(sp2)–O結合に限られるが、2016年に依光らは、ニッケル触媒によるベンゾフランのC2–O結合へのホウ素挿入反応を開発した(図1A)[4]。本C–O結合のホウ素挿入反応により得られる生成物は、一炭素増炭やC–アリール化など多様な変換ができ、有用である。ベンジル位やアリル位以外のC(sp3)–O結合へのホウ素挿入反応は、1984年にWestらにより報告されたシリルボリレンの挿入反応の一例のみである(図1B)[5]。しかし、本報告では実施例がTHFのみであり、さらに–196 °Cと極低温であるため有用性に課題が残る。
今回、シカゴ大学のDong教授とピッツバーグ大学のLiu准教授らは、ジブロモボランと亜鉛およびニッケル触媒を用いてアルキルエーテルのC(sp3)–O結合へのホウ素挿入反応の開発に成功した(図1C)。反応機構解明研究より、ジブロモボランと亜鉛がC(sp3)–O結合を切断した後に、ニッケル触媒によるC(sp3)–B結合形成によってホウ素が挿入されることが示唆された。

図1 A. ベンゾフランへのホウ素挿入反応 B. THFへのホウ素挿入反応 C. 今回の反応

 

“Boron insertion into alkyl ether bonds via zinc/nickel tandem catalysis
Lyu, H.; Kevlishvili, I.; Yu, X.; Liu, P.; Dong, G. Science 2021, 372, 175–182.
DOI: 10.1126/science.abg5526

論文著者の紹介

研究者:Guangbin Dong (董广彬)

研究者の経歴:
1999–2003 B.Sc. in Chemistry, Peking University, China (Prof. Z. Yang and Prof. J. Chen)
2004–2009 Ph.D. in Chemistry, Stanford University, USA (Prof. B. M. Trost)
2009–2011 Camile and Henry Dreyfus Postdoctoral Fellow, California Institute of Technology, USA (Prof. R. H. Grubbs)
2011–2016 Assistant Professor, University of Texas at Austin, USA
2016– Professor of Chemistry, The University of Chicago, USA

研究内容:C–H/C–C結合活性化反応の開発、天然物合成

研究者:Peng Liu

研究者の経歴:
1999–2003 B.Sc. in Chemistry, Peking University, China (Prof. W. Liu)
2004–2006 M.Sc. in Chemistry, University of Guelph, Canada (Prof. J. D. Goddard)
2006–2010 Ph.D. in Chemistry, University of California, Los Angeles, USA (Prof. K. N. Houk)
2010–2014 Postdoc, University of California, Los Angeles, USA (Prof. K. N. Houk)
2014–2019 Assistant Professor, University of Pittsburgh, USA
2019– Associate Professor, University of Pittsburgh, USA

研究内容:量子化学計算による反応機構解析および触媒開発

論文の概要

本反応は、Ni-1触媒と亜鉛存在下、アルキルエーテル1とジブロモメシチルボラン2をトルエン中60 °Cで反応させることでホウ素挿入体3を与える(図2A)。本反応はC(sp3)–O結合選択的に進行し、ジヒドロベンゾフランを用いた場合にはC2–O結合にホウ素が挿入されたオキサボリナン3aが高収率で得られる。反応の官能基許容性は高く、ブロモ(3b)やボロン酸エステル(3c)、スチリル基(3d)を損うことなく反応が進行する。5員環アルキルエーテルの他にも、4員環(3e)や6員環(3f)および鎖状エーテル(3g)が適用可能である。
本反応で得られるホウ素挿入体3を種々誘導体化することで分子“編集”が可能である(図2B)。例えば、テトラヒドロフラン1hから得られるオキサボリナン3hをトリフルオロボラート塩に変換した後に、ベンジルアジドと反応させることで、エーテル酸素原子を窒素原子に交換したピロリジン4が得られた。また、オキサボリナン3をジクロロメチルリチウムと塩化亜鉛を用いて1,2-メタレート転位させた後に、酸化および光延反応することで環状エーテルの環拡大に成功した。この際、用いるジブロモボラン上の置換基をメシチル基からフェニル(5a)やヘキシル(5b)に変更しても反応は進行する。
機構解明実験およびDFT計算より、著者らは以下の反応機構を提唱した(図2C)。はじめに、12、2価の亜鉛が反応してIM1となる。その後、SN2型のC(sp3)–O結合開裂によってIM2が生じる。IM2のB–Br結合がニッケル触媒に酸化的付加してIM3となり、これが亜鉛に還元されてIM4となる。IM4が分子内酸化的付加することでIM6を与え、還元的脱離を経て3とNi(I)を生成する。最後にNi(I)が亜鉛で還元されてニッケル触媒が再生する。なお、IM4の分子内酸化的付加に関しては、SN2型、もしくはIM5を経由するラジカル型の二通りの機構がDFT計算により示唆された。

図 2 A. 基質適用範囲B. 誘導体化 C. 推定反応機構

 

以上、アルキルエーテルのホウ素挿入反応が初めて開発された。天然物や医薬品に頻出のアルキルエーテル部位の分子“編集”を可能とした本反応は、既存の合成戦略を刷新しうる可能性を秘める。

参考文献

  1. Huber, G. W.; Iborra, S.; Corma, A. Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry, Catalysts, and Engineering. Chem. Rev. 2006, 106, 4044–4098. DOI: 10.1021/cr068360d
  2. Ranu, B. C.; Bhar, S. Dealkylation of Ethers. A Review. Org. Prep. Proced. Int. 1996, 28, 371–409. DOI: 10.1080/00304949609356549
  3. (a) Cornella, J.; Zarate, C.; Martin, R. Metal-Catalyzed Activation of Ethers via C–O Bond Cleavage: A New Strategy for Molecular Diversity. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 8081–8097. DOI: 10.1039/C4CS00206G (b) Su, B.; Cao, Z. C.; Shi, Z. J. Exploration of Earth-Abundant Transition Metals (Fe, Co, and Ni) as Catalysts in Unreactive Chemical Bond Activations. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 886–896. DOI: 10.1021/ar500345f (c) Rosen, B. M.; Quasdorf, K. W.; Wilson, D. A.; Zhang, N.; Resmerita, A.-M.; Garg, N. K.; Percec, V. Nickel-Catalyzed Cross-Couplings Involving Carbon–Oxygen Bonds. Chem. Rev.2011, 111, 1346–1416. DOI: 10.1021/cr100259t (d) Tollefson, E. J.; Hanna, L. E.; Jarvo, E. R. Stereospecific Nickel-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Benzylic Ethers and Esters. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2344–2353. DOI: 10.1021/acs.accounts.5b00223
  4. Saito, H.; Otsuka, S.; Nogi, K.; Yorimitsu, H. Nickel-Catalyzed Boron Insertion into the C2–O Bond of Benzofurans. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15315–15318. DOI: 10.1021/jacs.6b10255
  5. Pachaly, B.; West, R. Photochemical Generation of Triphenylsilylboranediyl (C6H5)3SiB: from Organosilylboranes. Angew. Chem., Int. Ed. 1984, 23, 454–455. DOI: 10.1002/anie.198404541
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. 留学せずに英語をマスターできるかやってみた(7年目)(留学後編)…
  2. 化学エンターテイメント小説第3弾!『ラブ・リプレイ』
  3. 核酸合成試薬(ホスホロアミダイト法)
  4. Cell Press “Chem” 編集者 × 研究者トークセッ…
  5. 有機合成化学協会誌2023年8月号:フェノール-カルベン不斉配位…
  6. ポンコツ博士の海外奮闘録 〜ポスドク失職・海外オファー編〜
  7. 製薬会社のテレビCMがステキです
  8. 化学者がMidjourneyで遊んでみた

注目情報

ピックアップ記事

  1. 【詳説】2013年イグノーベル化学賞!「涙のでないタマネギ開発」
  2. メチレン炭素での触媒的不斉C(sp3)-H活性化反応
  3. 実例で分かるスケールアップの原理と晶析【終了】
  4. イミンを求核剤として反応させる触媒反応
  5. マティアス・クリストマン Mathias Christmann
  6. 脱法ドラッグ、薬物3成分を初指定 東京都
  7. 逆生合成理論解析という手法を開発し、テルペン系類縁天然物 peniroquesine の難解な生合成機構の解明に成功
  8. 有機アジド(1):歴史と基本的な性質
  9. HPLCをPATツールに変換!オンラインHPLCシステム:DirectInject-LC
  10. 細見・櫻井アリル化反応 Hosomi-Sakurai Allylation

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2021年6月
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
282930  

注目情報

最新記事

有馬温泉で鉄イオン水溶液について学んできた【化学者が行く温泉巡りの旅】

有馬温泉の金泉は、塩化物濃度と鉄濃度が日本の温泉の中で最も高い温泉で、黄褐色を呈する温泉です。この記…

HPLCをPATツールに変換!オンラインHPLCシステム:DirectInject-LC

これまでの自動サンプリング技術多くの製薬・化学メーカーはその生産性向上のため、有…

MEDCHEM NEWS 34-4 号「新しいモダリティとして注目を浴びる分解創薬」

日本薬学会 医薬化学部会の部会誌 MEDCHEM NEWS より、新たにオープン…

圧力に依存して還元反応が進行!~シクロファン構造を活用した新機能~

第686回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院理学研究院化学部門 有機化学第一研究室(鈴木孝…

第58回Vシンポ「天然物フィロソフィ2」を開催します!

第58回ケムステVシンポジウムの開催告知をさせて頂きます!今回のVシンポは、コロナ蔓延の年202…

第76回「目指すは生涯現役!ロマンを追い求めて」櫛田 創 助教

第76回目の研究者インタビューは、第56回ケムステVシンポ「デバイスとともに進化する未来の化学」の講…

第75回「デジタル技術は化学研究を革新できるのか?」熊田佳菜子 主任研究員

第75回目の研究者インタビューは、第56回ケムステVシンポ「デバイスとともに進化する未来の化学」の講…

第74回「理想的な医薬品原薬の製造法を目指して」細谷 昌弘 サブグループ長

第74回目の研究者インタビューは、第56回ケムステVシンポ「デバイスとともに進化する未来の化学」の講…

第57回ケムステVシンポ「祝ノーベル化学賞!金属有機構造体–MOF」を開催します!

第57回ケムステVシンポは、北川 進 先生らの2025年ノーベル化学賞受賞を記念して…

櫛田 創 Soh Kushida

櫛田 創(くしだそう)は日本の化学者である。筑波大学 数理物質系 物質工学域・助教。専門は物理化学、…

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