[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

過酸がC–H結合を切ってメチル基を提供する

[スポンサーリンク]

光増感剤とニッケル触媒を用いたC(sp3)–Hメチル化が開発された。合成終盤でのメチル化に威力を発揮する。

“マジックメチル”効果とC(sp3)–Hメチル化

生物活性分子へのメチル基の導入により、立体配座や溶解性が変化し、薬理活性が向上する現象は“マジックメチル”効果として知られる。例えば、メチル基の導入で肝毒性が低減したイブプロフェンはその好例である(図 1A)[1]。数あるメチル基の導入法の中でも、直截的なC(sp3)–Hメチル化は既存の医薬品を迅速にメチル化できる有用な手法である[2]。水素原子移動(HAT)およびクロスカップリングにより直截的C(sp3)–Hアルキル化を達成した先駆的な例として、MacMillanはイリジウム触媒/ニッケル触媒/HAT触媒の協働触媒系を報告した(図 1B)[3]。HATにより生じたアルキルラジカルは求電子剤とのクロスカップリングを経てアルキル化体を生成する。しかし、アルキル基の導入はヘテロ原子α位に限られる。
一方で、パーオキシドより生成するメチルラジカルは、種々の求電子剤とのクロスカップリングに用いられてきた(図 1C)[4]。メチルラジカルは、パーオキシドの均等開裂で得られるアルコキシラジカルのb-開裂によって生成する。
今回、ウィスコンシン大学マディソン校のStahlらはイリジウム触媒/ニッケル触媒とパーオキシドを用いたC(sp3)–Hメチル化を報告した(図 1D)。HATにより生じた炭素ラジカルと、パーオキシド由来のメチルラジカルがカップリングすることで、ベンジル位や窒素原子a位がメチル化された生成物を与える。

図1. (A) “マジックメチル” 効果 (B) Ir/Ni触媒を用いたC(sp3)–Hアルキル化 (C)過酸をメチル源とするカップリング反応(D) 今回の反応

 

“C(sp3)–H Methylation Enabled by Peroxide Photosensitization and Ni-Mediated Radical Coupling”
Vasilopoulos, A.; Krska, S. W.; Stahl, S. S. Science 2021, 372, 398–403.
DOI: 10.1126/science.abh2623

論文著者の紹介


研究者:Shannon S. Stahl
研究者の経歴:
–1992 B.S., University of Illinois at Urbana-Champaign, USA (Prof. Patricia A. Shapley)
–1997 Ph.D., California Institute of Technology, USA (Prof. John E. Bercaw)
1997–1999 Postdoc, Massachusetts Institute of Technology, USA (Prof. Stephen J. Lippard)
1999–2005 Assistant Professor of Chemistry, University of Wisconsin-Madison, USA
2005–2007 Associate Professor of Chemistry, University of Wisconsin-Madison, USA
2007– Professor of Chemistry, University of Wisconsin-Madison, USA
研究内容:遷移金属触媒を用いた空気酸化、ラジカル的C–H酸化とクロスカップリング、電気化学的手法を用いた有機合成

論文の概要

著者らはNiCl2·dme tButpy/Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6触媒存在下、アルキルアレーン1と過酸2に対し青色光を照射することで、メチル化体3が得られることを見いだした(図 2A)。

本反応は種々の基質のベンジル位や窒素原子a位のメチル化が可能である。N-(3-フェニルプロピル)フタルイミド(1a)を用いると対応するメチル化体3aを中程度の収率で与えた。ベンジル位と窒素原子a位が共存する1bでは窒素原子a位が優先してメチル化されるが、アンモニウム塩1cを基質とするとベンジル位のメチル化のみ進行する(3b and 3c)。
反応条件の検討過程で、著者らは光増感剤の三重項励起エネルギーが55 kcal/molを超えたときに1aの転化率が急増し、一定値を示すことを発見した(図 2B, 一部論文より引用)。

このことからパーオキシドの均等開裂は三重項エネルギー移動によるものだと示唆された。また、ニッケル触媒の役割を明らかするため種々の対照実験を実施した(図2C)。基質1a2の反応においてニッケル触媒を添加しない場合、3aの収率は大きく低下した。続いて、副生するメタンとエタン、3aの生成比を比較した。1aとニッケル触媒を添加しない場合、メタンが主生成物として得られた。

一方で1aのみ添加しない場合はエタンが主生成物となった。1a、ニッケル触媒存在下ではエタンが副生するものの、3aの生成が確認され、ニッケル触媒を介したカップリングの進行が示唆された。以上の結果より、ニッケル触媒がHATを抑制しラジカルカップリングを大幅に促進することが明らかとなった。

図2. (A) 基質適用範囲 (B) 光増感剤の評価 (C) ニッケル触媒の役割

以上、イリジウム触媒/ニッケル触媒を用いたC(sp3)–Hメチル化が開発された。合成終盤でのメチル基の導入により”マジックメチル”効果を発現させる一つの手法となりうる。

 参考文献

  1. Sun, S.; Fu, J. Methyl-Containing Pharmaceuticals: Methylation in Drug Design. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2018, 28, 3283–3289. DOI: 10.1016/j.bmcl.2018.09.016
  2. Feng, K.; Quevedo, R. E.; Kohrt, J. T.; Oderinde, M. S.; Reilly, U.; White, M. S. Late-Stage Oxidative C(sp3)–H Methylation. Nature 2020, 580, 621–627. DOI: 1038/s41586-020-2137-8
  3. Le, C.; Liang, Y.; Evans, R. W.; Li, X.; MacMillan, D. W. C. Selective sp3 C–H Alkylation via Polarity-Match-Based Cross-Coupling. Nature 2017, 547, 79–83. DOI: 1038/nature22813
  4. (a) Aynetdinova, D.; Callens, M. C.; Hicks, H. B.; Poh, C. X. Y.; Shennan, B. D. A.; Boyd, A. M.; Lim, Z. H.; Leitch, J. A.; Dixon, D. J. Installing the “Magic Methyl” – C–H Methylation in Synthesis. Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 5517–5563. DOI: 10.1039/D0CS00973C (b) Yan, G.; Borah, A. J.; Wang, L.; Yang, M. Recent Advances in Transition Metal-Catalyzed Methylation Reactions. Adv. Synth. Catal. 2015, 357, 1333–1350. DOI: 10.1002/adsc.201400984 (c) Chen, Y. Recent Advances in Methylation: A Guide for Selecting Methylation Reagents. Chem. Eur. J. 2019, 25, 3405–3439. DOI: 10.1002/chem.201803642
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. 不正の告発??
  2. 機能性ナノマテリアル シクロデキストリンの科学ーChemical…
  3. 「夢・化学-21」 夏休み子ども化学実験ショー
  4. 第七回ケムステVプレミアレクチャー「触媒との『掛け算』で研究者を…
  5. 【解ければ化学者】ビタミン C はどれ?
  6. 理系ライターは研究紹介記事をどうやって書いているか
  7. 有機合成化学協会誌2024年11月号:英文特集号
  8. 即戦力のコンパクトFTIR:IRSpirit

注目情報

ピックアップ記事

  1. 超臨界流体 Supercritical Fluid
  2. 勤務地にこだわり理想も叶える!転職に成功したエンジニアの話
  3. 高分子学会年次大会 「合成するぞ!」Tシャツキャンペーン
  4. 中西 和樹 Nakanishi Kazuki
  5. キニーネ きにーね quinine
  6. 科学:太古の海底に眠る特効薬
  7. ビス(トリメチルアルミニウム)-1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン付加物 : Bis(trimethylaluminum)-1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane Adduct
  8. START your chemi-storyー日産化学工業会社説明会2018
  9. デーリング・ラフラム アレン合成 Doering-LaFlamme Allene Synthesis
  10. 量子力学が予言した化学反応理論を実験で証明する

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2021年7月
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

最新記事

逐次的脱芳香族化と光環化付加で挑む!Annotinolide B初の全合成

Annotinolide Bの初の全合成が報告された。キノリンの逐次的な脱芳香族化と分子内光環化付加…

第12回 野依フォーラム若手育成塾

野依フォーラム若手育成塾について野依フォーラム若手育成塾では、国際企業に通用するリーダー型研究者…

その酸素、“本当にその場所”の値ですか? ニードル式酸素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…

有機合成化学協会誌2026年4月号:activatable型分子プローブ・DMAPO触媒・カルビノールアニオン・アミコラマイシンの全合成・構造指向スクリーニング

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年4月号がオンラインで公開されています。…

第37回仙台シンポジウム参加登録開始のご案内

これまで「万有仙台シンポジウム」は、MSD生命科学財団の助成を受けて開催されてまいりましたが、同財団…

デイビッド・サーラ David Sarlah

デイビッド・サーラ(David Sarlah、1983年X月XX日–)は米国の有機化学者である。米国…

第13回慶應有機化学若手シンポジウム

概要主催:慶應有機化学若手シンポジウム実行委員会共催:慶應義塾大学理工学部・理工学研究科…

ラジカル機構で一挙に環化!光励起PdによるPAHの合成

可視光励起パラジウムを用いたアリールハライドと末端アルキンのラジカルカスケード環化を報告した。得られ…

【産総研・触媒化学研究部門】新卒・既卒採用情報

触媒部門では、「個の力」でもある触媒化学を基盤としつつも、異分野に積極的に関わる…

励起状態での配位結合解離を利用して二重CPLを示す分子を開発!

第701回のスポットライトリサーチは、名古屋大学 学際統合物質科学研究機構(IRCCS, 山口茂弘研…

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