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化学者のつぶやき

お望みの立体構造のジアミン、作ります。

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ヨウ素(I2)を触媒とする、アルケンの立体特異的ジアミノ化法が開発された。本手法は異なる立体化学のジアミンの簡便な作り分けを可能にした。

立体特異的な1,2-ジアミン合成

1,2-ジアミン構造は多くの医薬品や分子触媒の活性を担う骨格であるため、簡便かつ立体構造を制御したジアミン合成法の開発意義は大きい。最も直截的な1,2-ジアミン合成法としてアルケンのジアミノ化反応が知られるが、これまでの報告の多くは遷移金属[1]やアジド化剤[2]が必要もしくは立体の制御が困難であった[3]。遷移金属やアジド化剤を用いないアルケンに対する立体特異的なジアミノ化として、超原子価ヨウ素によるアンチジアミンの合成[5]やセレン触媒を用いるシンジアミンの合成[6]が報告されている(図 1A)。しかし、強力な酸化剤の使用や基質適用範囲が限られるなど、依然として改良の余地があった。
一方で、著者らは以前、銅やヨウ素分子を触媒としたクロラミン-Tを用いるアルケンのアジリジン化反応を報告している(図 1B)[6]。本論文ではクロラミン-Tをより電子不足なクロラミン-Nsにすることで、アジリジン化に続く開環反応を達成した。これはアルケンに対する立体特異的なジアミノ化反応である(図 1C)。また、同一分子内に2つの窒素原子をもつ分子を設計することで、同じ触媒系によるシン付加反応も報告している。これら同一触媒系の立体特異的な付加反応と適切な構造のアルケンを組み合わせることで、異なる立体構造の1,2-ジアミンの作り分けが可能となった。

図 1. (A) 立体特異的なジアミノ化反応、 (B) クロラミン類を用いたアジリジン化反応、(C) 今回の反応

 

“Diastereodivergent Intermolecular 1,2-Diamination of  Unactivated Alkenes Enabled by Iodine Catalysis”

Minakata, S.; Miwa, H.; Yamamoto, K.; Hirayama, A.; Okumura, S. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 4112–4118.

DOI: 10.1021/jacs.1c00228

論文著者の紹介


研究者: 南方 聖司
研究者の経歴:
1988–1993 Ph.D., Osaka University, Japan
1993–1995 Research Fellow, DIC Corporation, Japan
1995–1997  Assistant Professor, Osaka University, Japan
1997–2000 Visiting Researcher, California Institute of Technology, USA (Prof. Erick M. Carreira)
2000–2002  Lecturer, Osaka University, Japan
2002–2010 Associate Professor, Osaka University, Japan
2010–present  Professor, Osaka University, Japan
研究内容:二酸化炭素を活用した合成化学、ヘテロ環合成法開発

論文の概要

ヨウ素と次亜塩素酸ナトリウム存在下、アルケン1にノシルアミドを加えると立体特異的にジアミノ化反応が進行し、アンチジアミン2を与える(図 2A)。アルケンには、ピロリドン1aやインデン1bが利用でき、アルコールをもつ基質1cであっても高収率で対応する2が得られる。また、ノシルアミドの代わりにクロラミン-BBSをアルケン3と反応させると立体特異的にジアミノ化が進行し、スルファミド4が得られる。シン付加反応は五員環3aや七員環3bといった単純な環状アルケンに加えて、インドールのような複素環式化合物3cにも適用できる。
本反応の立体特異性は図2Bの推定反応機構で説明される。アンチ付加反応において、次亜塩素酸ナトリウムとノシルアミドより生じたクロラミン-Ns(I-i)とヨウ素が反応し、ヨウ化物イオンと中間体II-iが生成する。生じたII-iがアルケンに付加し、環状ヨードニウム中間体およびアミドアニオン中間体III-iを与える。このIII-iがヨードニウム中間体にSN2型で求核攻撃し、IV-iが生成する。続けて、ヨウ化物イオンがIV-iの塩素を引き抜き、生じたアミドアニオンが、ヨウ素をもつ炭素に求核攻撃することでアジリジン骨格(V-i)が形成される。V-iはクロラミン-Nsによる求核攻撃で容易に開環し、アンチ1,2-ジアミンが生成する。シン付加反応の場合はIV-iiとヨウ化物イオンから生じたアミドアニオンが、ヨウ素をもつ炭素に求核攻撃することでシン1,2-ジアミン(V-ii)を得る。IVからVへの変換の際に生じる一塩化ヨウ素とヨウ化ナトリウムはヨウ素と塩化ナトリウムとなり、触媒サイクルが完結する。一連の反応(求核攻撃、脱離、環化)は立体保持で進行するため、立体特異的にジアミノ化が進行する。また、アンチ/シン付加反応で得られた1,2-ジアミンの窒素ユニットは容易にアミノ基(–NH2)に誘導できる。

図 2. (A) 最適反応条件および基質適用範囲、(B) 推定反応機構

以上、ヨウ素を触媒とする、アルケンの立体特異的ジアミノ化法が開発された。この立体特異的ジアミノ化反応に適切な構造のアルケンを用いることで、異なる立体構造の1,2-ジアミンを作り分けが可能となった。本反応は1,2-ジアミン構造をもつ医薬品、分子触媒などの合成に応用でき、様々な分野に貢献しうる可能性を秘めている。

参考文献

  1. Zhu, Y.; Cornwall, R. G.; Du, H.; Zhao, B.; Shi, Y. Catalytic Diamination of Olefins via N–N Bond Activation. Acc.  Chem. Res. 2014, 47, 3665. DOI: 10.1021/ar500344t
  2. Yuan, Y.-A.; Lu, D.-F.; Chen, Y.-R.; Xu, H. Iron-Catalyzed Direct Diazidation for a Broad Range of Olefins. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 534. DOI: 10.1002/anie.201507550
  3. Cai, C.-Y.; Shu, X.-M.; Xu, H.-C. Practical and Stereoselective Electrocatalytic 1,2-Diamination of Alkenes.Nat. Commun. 2019, 10, 4953. DOI: 10.1038/s41467-019-13024-5
  4. Souto, J. A.; González, Y.; Iglesias, A.; Zian, D.; Lishchynskyi, A.; Muñiz, Iodine (III) Promoted Intermolecular Diamination of Alkenes. Chem. Asian. J.  2012, 7, 1103. DOI: 10.1002/anie.201103077
  5. Tao, Z.; Gilbert, B. B.; Denmark, S. E. Catalytic, Enantioselective syn-Diamination of Alkenes. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 19161. DOI: 10.1021/jacs.9b11261
  6. Minakata, S. Utilization of N–X Bonds in the Synthesis of N-Heterocycles. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1172. DOI: 10.1021/ar900059r

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