[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ケクレン、伸長(新調)してくれん?

[スポンサーリンク]

Bi(OTf)3触媒によるビニルエーテルの環化反応によりジグザグエッジ伸長型ケクレンが合成された。合成されたケクレン類縁体はベンゼノイド型のπ共役構造であることが明らかにされた。

ケクレンの化学

ケクレンは12個のベンゼン環が環状に縮環した多環芳香族炭化水素である。その構造から、ケクレンはアヌレノイド型とベンゼノイド型のどちらのπ電子分布をもつかが注目されていた(図1左上)。1978年にDiederichとStaabがケクレンを初めて合成し、ケクレンがベンゼノイド型芳香族であることを明らかにした[1]。ケクレンの合成以降、縮環様式の異なるケクレン類縁体が合成されてきた[2]。例として、ベンゼン環を減らした類縁体(コラニュレン[(62, 61, 62, 61, 62)2]; 図1左下)や辺の数を増やした類縁体(セプチュレン・オクチュレン; 図1 中央下)がある[3–5]。これらはケクレンと同様にベンゼノイド型芳香族である。

著者らは今回、Bi(OTf)3触媒によるビニルエーテルの環化反応によりジグザグエッジ伸長型ケクレンを合成した。また、種々の解析手法を用いてジグザグエッジ伸長型ケクレンの芳香族性を明らかにした。ちなみに、著者らは本反応を用いて、いくつかのケクレン類縁体を合成している[6, 7]

図1. ケクレンとケクレン類縁体

 

Expanded Kekulenes

Fan, W.; Han, Y.; Wang, X.; Hou, X.; Wu, J. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 13908–13916.

DOI: 10.1021/jacs.1c06757

論文著者の紹介

研究者:Jishan Wu

研究者の経歴:

1993–1997 B.Sc., Wuhan University, China

1997–2000 M.Sc., Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences, China (Prof. Xianhong Wang and Prof. Fosong Wang)

2000–2004 Ph.D., Max-Planck Institute for Polymer Research, Germany (Prof. Klaus Müllen)

2004–2005 Project leader, Max-Planck Institute for Polymer Research, Germany

2005–2007 Postdoc, University of California, USA (Prof. Sir Fraser Stoddart)

2007–2011 Assistant Professor, National University of Singapore, Shingapore

2012–2017 Associate Professor, National University of Singapore, Shingapore

2017– Professor, National University of Singapore, Shingapore

研究内容:構造有機化学、超分子化学、近赤外線吸収色素の開発

 

論文の概要

著者らはまず、種々のビルディングブロックを用いた鈴木–宮浦カップリングにより前駆体1を合成した(図2A)。続いてBi(OTf)3触媒を用いたビニルエーテルの環化反応により[m,n] = [3,4], [4,4], [3,5], [4,5]のケクレン類縁体2を合成した。

1H NMRにおいて、2の環内側の水素シグナルは全て低磁場領域(9.3–11.3 ppm)に現れた(図2B)。2がアヌレノイド型芳香族であれば、環内側の水素は分子全体に広がる環電流から遮蔽効果を受け、シグナルは芳香族領域よりも高磁場で観測されると考えられる。今回、環内側の水素シグナルが低磁場領域に出現したので、2は局所的に芳香族性をもつベンゼノイド型芳香族であると考えられる。

理論計算を用いて2の芳香族性を解析した。ここでは[m,n] = [3,5]の場合(2a)について示す(図2C)。2aの最安定構造における炭素炭素結合長に着目すると、2aの頂点に位置する環C1では結合交替が見られた一方で、ベンゼン環C2およびアントラセン環C3では結合交替が見られなかった。さらに、C1のNICS値はC2およびC3よりも小さい負の値を示したので、C1の芳香族性はC2C3よりも低いといえる。加えて、2aの磁気的遮蔽効果(ICSS: isochemical shielding surface)を可視化すると、C2C3環内は強く遮蔽されており、2aの環内側、および外側周辺では脱遮蔽されている(図2D)。このICSS解析の結果は2aのNMRスペクトルを裏付けるものである。これらの理論計算結果は、どれもベンゼン/アントラセン環(C2, C3)へのπ共役電子の分布を示唆している。したがって、理論計算からも2aはベンゼノイド型芳香族であることが支持された。また、一連のジグザグエッジ伸長型ケクレン2でも同様の計算結果が得られたので、2はベンゼノイド型であると結論づけた。

図2. (A) [m,n]シクロアレーン2の合成と共鳴構造 (B) 2の1H NMRスペクトル (C) 最安定構造における結合長とNICS値 (D) 2aの磁気的遮蔽効果(ICSS)の等高線図 (論文から一部改変)

以上、Bi(OTf)3触媒によるビニルエーテルの環化反応によりジグザグエッジ伸長型ケクレンが合成された。実験と理論計算の両面から、合成されたケクレン類縁体はケクレンと同様にベンゼノイド型芳香族であることが明らかにされた。また、このケクレン類縁体がもつ反応性の高いアセン構造は、さらなる化学修飾の足掛かりとなるため、ケクレン類縁体を出発物質とした新たなベルト状分子やナノグラフェンの合成が期待される。

参考文献

  1. Diederich, F.; Staab, H. A. Benzenoid versus Annulenoid Aromaticity: Synthesis and Properties of Kekulene. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1978, 17, 372–374. DOI: 1002/anie.197803721
  2. Buttrick, J. C.; King, B. T. Kekulenes, Cycloarenes, and Heterocycloarenes: Addressing Electronic Structure and Aromaticity through Experiments and Calculations. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 7–20. DOI: 1039/c6cs00174b
  3. Funhoff, D. J. H.; Staab, H. A. Cyclo[d.e.d.e.e.d.e.d.e.e.]decakisbenzene, a New Cycloarene. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1986, 25, 742–744. DOI: 1002/anie.198607421
  4. Kumar, B.; Viboh, R. L.; Bonifacio, M. C.; Thompson, W. B.; Buttrick, J. C.; Westlake, B. C.; Kim, M.-S.; Zoellner, R. W.; Varganov, S. A.; Mörschel, P.; Teteruk, J.; Schmidt, M. U.; King, B. T. Septulene: The Heptagonal Homologue of Kekulene. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 12795–12800. DOI: 1002/anie.201203266
  5. Majewski, M. A.; Hong, Y.; Lis, T.; Gregoliński, J.; Chmielewski, P. J.; Cybinśka, J.; Kim, D.; Stępiń, M. Octulene: A Hyperbolic Molecular Belt that Binds Chloride Anions. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 14072–14076. DOI: 1002/anie.201608384
  6. Fan, W.; Han, Y.; Dong, S.; Li, G.; Lu, X.; Wu, J. Facile Synthesis of Aryl-Substituted Cycloarenes via Bismuth(III) Triflate-Catalyzed Cyclization of Vinyl Ethers. CCS Chem. 2020, 2, 1445–1452. DOI: 31635/ccschem.020.202000356
  7. Fan, W.; Matsuno, T.; Han, Y.; Wang, X.; Zhou, Q.; Isobe, H.; Wu, J. Synthesis and Chiral Resolution of Twisted Carbon Nanobelts. J. Am. Chem. Soc. 2021,143, 15924–15929 DOI: 1021/jacs.1c08468

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. 高分子鎖デザインがもたらすポリマーサイエンスの再創造|オンライン…
  2. DNAを切らずにゲノム編集-一塩基変換法の開発
  3. 2つの触媒反応を”孤立空間”で連続的に行う
  4. 環サイズを選択できるジアミノ化
  5. 有機合成化学協会誌2018年4月号:脱カルボニル型カップリング反…
  6. howeverの使い方
  7. アスタチンを薬に使う!?
  8. 多置換ケトンエノラートを立体選択的につくる

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 電子豊富芳香環に対する触媒的芳香族求核置換反応
  2. 嵩高い非天然α,α-二置換アミノ酸をさらに嵩高くしてみた
  3. 日本コンピュータ化学会2005秋季年会
  4. 有機・高分子関連技術が一堂に会す「オルガテクノ2005」開催へ
  5. 炭素をつなげる王道反応:アルドール反応 (5/最終回)
  6. Biotage Selekt+ELSD【実機レビュー】
  7. メタボ薬開発に道、脂肪合成妨げる化合物発見 京大など
  8. 2021年化学企業トップの年頭所感を読み解く
  9. 第96回日本化学会付設展示会ケムステキャンペーン!Part II
  10. 第14回 有機合成「力」でケミカルバイオロジーへ斬り込む - Joe Sweeney教授

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2021年11月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

注目情報

最新記事

マテリアルズ・インフォマティクスの基礎知識とよくある誤解

開催日:2023/10/04 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

理研、放射性同位体アスタチンの大量製造法を開発

理化学研究所 仁科加速器科学研究センター 核化学研究開発室、金属技研株式会社 技術開発本部 エン…

マイクロ波プロセスを知る・話す・考える ー新たな展望と可能性を探るパネルディスカッションー

<内容>参加いただくみなさまとご一緒にマイクロ波プロセスの新たな展望と可能性について探る、パ…

SFTSのはなし ~マダニとその最新情報 後編~

注意1:この記事は人によってはやや苦手と思われる画像を載せております ご注意ください注意2:厚生…

様々な化学分野におけるAIの活用

ENEOS株式会社と株式会社Preferred Networks(PFN)は、2023年1月に石油精…

第8回 学生のためのセミナー(企業の若手研究者との交流会)

有機合成化学協会が学生会員の皆さんに贈る,交流の場有機化学を武器に活躍する,本当の若手研究者を知ろう…

UBEの新TVCM『ストーリーを変える、ケミストリー』篇、放映開始

UBE株式会社は、2023年9月1日より、新TVCM『ストーリーを変える、ケミストリー』篇を関東エリ…

有機合成化学協会誌2023年9月号:大村天然物・ストロファステロール・免疫調節性分子・ニッケル触媒・カチオン性芳香族化合物

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2023年9月号がオンライン公開されています。…

ペプチドの精密な「立体ジッパー」構造の人工合成に成功

第563回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院 工学系研究科応用化学専攻 藤田研究室の恒川 英…

SNS予想で盛り上がれ!2023年ノーベル化学賞は誰の手に?

さてことしもいよいよ、ノーベル賞シーズンが到来します!化学賞は日本時間 10月4日(水) 18時45…

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