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化学者のつぶやき

アレーン三兄弟をキラルな軸でつなぐ

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パラジウム/キラルノルボルネン触媒によるヨードアレーンとブロモアレーン、およびアリールボラートとのアトロプ選択的なoターフェニル合成法が報告された。本反応により一挙に二つの軸不斉ビアリール結合が形成できる。

アトロプ選択的o-ターフェニル合成

軸不斉(アトロプ異性)ビアリール化合物は、生物活性分子、不斉配位子や不斉有機触媒に多くみられる。これまでに報告されたアトロプ選択的ビアリール合成法は一つの軸不斉導入法が中心であり、二つの軸不斉を一挙に構築できる手法の開発は挑戦的な課題である。二つの軸不斉を有する化合物の一つとしてo-ターフェニルが挙げられる。2006年に柴田らは、キラルイリジウム触媒を用いたトリエンの分子内[2+2+2]環化反応を開発し、高立体選択的に二つの軸不斉をもつo-ターフェニル合成に成功した(Figure 1A)[1]。これはo-ターフェニル合成の先駆的な例である。また、Zhouらは、1)不斉[3+2]付加環化、2)トシル化、3)酸化反応による点不斉-軸不斉転写、という三工程を経る2,3-ジアリールベンゾインドール合成を達成した(Figure 1B)[2]。しかし、用いる原料の特殊性と、得られる生成物の構造多様性の拡大が難しいという課題を残し、より汎用性の高いo-ターフェニル骨格構築法の開発が求められた[3]
一方で、武漢大学のZhou教授らは2020年に、パラジウムとキラルなノルボルネンの触媒系(Pd/(+)-N1*)によるエナンチオ選択的ビアリール合成法を報告した(Figure 1C)[4]。中間体Aの還元的脱離により軸不斉ビアリール結合を形成できることが鍵である。今回、彼らは同様の触媒系を用いることで、入手容易なヨードアレーン1、ブロモアレーン2、アリールボラート3の三成分連結反応が進行し、一工程でアトロプ選択的に種々のo-ターフェニル4が得られることを見いだした(Figure 1D)。

Figure 1. (A) 柴田らの反応 (B) Zhou, L.らの反応 (C) Zhou, Q.らの反応 (D) 今回の反応

 

“Catalytic Synthesis of Atropisomeric o‐Terphenyls with 1,2-Diaxes via Axial-to-Axial Diastereoinduction”

Gao, Q.; Wu, C.; Deng, S.; Li, L.; Liu, Z.-S.; Hua, Y.; Ye, J.; Liu, C.; Cheng, H.-G.; Cong, H.; Jiao, Y.; Zhou, Q.  J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 7253–7260.

DOI: 10.1021/jacs.1c02405

論文著者の紹介


研究者: Qianghui Zhou
研究者の経歴:
2001–2005 B.S., Peking University, Department of Chemistry (Prof. Weihong Li and Prof. Jin-Guang Wu)
2005–2010 M.S., Ph.D., Shanghai Institute of Organic Chemistry (Prof. Dawei Ma)
2010–2011 Research Associate, Shanghai Institute of Organic Chemistry (Prof. Dawei Ma)
2011–2015 Postdoctoral Fellow, The Scripps Research Institute (Prof. Phil S. Baran)
2015– Professor, Wuhan University, College of Chemistry and Molecular Science, and Joint Professor, Wuhan University, Institute for Advanced Studies
研究内容: パラジウム/ノルボルネン触媒を用いた反応開発, 天然物合成

論文の概要

本反応はTHF中、Pd/(+)-N2*触媒と炭酸カリウム存在下、アレーン12および3の三成分連結反応が高エナンチオ、かつジアステレオ選択的に進行し、二つの軸不斉を有するo-ターフェニルが得られる(Figure 2A)。本手法を用いれば様々なo-ターフェニル骨格が構築できる。例えば、1,2-ジアリールベンゼン(4aaa, 4baa)や、ジアリールナフタレン(4cba, 4cca, 4cab, 4cac)が合成できる。ブロモアレーン2のオルト置換基としては、エステルのほかアミド(4cba)やホスフィンオキシド(4cca)が適用可能である。また、3としてキノリン(4cab)やジベンゾフラン(4cac)を用いれば対応するヘテロビアリールも合成できる。
本反応が高エナンチオかつジアステレオ選択的に進行する理由は以下の通りである(Figure 2B)。はじめにPd/(+)-N2*触媒により12が反応し、軸不斉ビアリール錯体Iが形成する。この軸不斉ビアリール形成は中間体A(Figure 1C)を経由する(詳細は以前の論文参照)[4]。もう一つの軸不斉は、このI3がトランスメタル化して生じるパラジウム錯体IIの還元的脱離で決定される。著者らは、DFT計算により、隣接位の軸不斉が足がかりとなって、遷移状態II-TS1を経由して第二の軸不斉ビアリール結合が形成されると結論付けた。考えられるもうひとつの遷移状態II-TS2は二つの置換基(R1とR4)の立体反発が生じるため、不利となる。

Figure2. (A) 基質適用範囲 (B) 二つの軸不斉ビアリール結合形成

 

以上、Pd/(+)-N2*触媒を用いる高立体選択的o-ターフェニル合成法が開発された。得られたo-ターフェニルは、種々のキラル触媒やキラル配位子への誘導体化が可能であり、今後それらを利用した新たな不斉反応の開発が期待できる。

参考文献

  1. Shibata, T.; Tsuchikama, K.; Otsuka, M. Enantioselective Intramolecular [2+2+2] Cycloaddition of Triynes for the Synthesis of Atropisomeric Chiral ortho-Diarylbenzene Derivatives. Tetrahedron: Asymmetry 2006, 17, 614–619. DOI: 1016/j.tetasy.2005.12.033
  2. Hu, Y.-L.; Wang, Z.; Yang, H.; Chen, J.; Wu, Z.-B.; Lei, Y.; Zhou, L. Conversion of Two Stereocenters to One or Two Chiral Axes: Atroposelective Synthesis of 2,3-Diarylbenzoindoles. Chem. Sci. 2019, 10, 6777–6784. DOI: 10.1039/C9SC00810A
  3. (a) Lotter, D.; Neuburger, M.; Rickhaus, M.; Häussinger, D.; Sparr, C. Stereoselective Arene-Forming Aldol Condensation: Synthesis of Configurationally Stable Oligo-1,2-naphthylenes. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 2920−2923. DOI: 10.1002/anie.201510259. (b) Lotter, D.; Castrogiovanni, A.; Neuburger, M.; Sparr, C. Catalyst- Controlled Stereodivergent Synthesis of Atropisomeric Multiaxis Systems. ACS Cent. Sci. 2018, 4, 656−660. DOI: 10.1021/acscentsci.8b00204. (c) Dherbassy, Q.; Djukic, J.-P.; Wencel-Delord, J.; Colobert, F. Two Stereoinduction Events in One C−H Activation Step: A Route towards Terphenyl Ligands with Two Atropisomeric Axes. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 4668−4672. DOI: 10.1002/anie.201801130
  4. Z.-S.; Hua, Y.; Gao, Q.; Ma, Y.; Tang, H.; Shang, Y.; Cheng, H.-G.; Zhou, Q. Construction of Axial Chirality via Palladium/chiral norbornene Cooperative Catalysis. Nat. Catal. 2020, 3, 727–733. DOI: 10.1038/s41929-020-0494-1

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