[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

決め手はジアゾアルケン!!芳香環の分子内1,3-双極子付加環化反応

[スポンサーリンク]

芳香環の1,3-双極子付加環化反応を達成した。生成が困難なジアゾアルケンを双極子に用いたことがこの高難度反応の成功の鍵である

 1,3-双極子付加環化反応

1960年代にHuisgenらが見いだした1,3-双極子付加環化反応は、現在でも複素環化合物の合成に広く用いられている [1]。典型的な1,3-双極子付加環化反応は、双極子(アジドやジアゾアルカン、ニトリルオキシドなど)に親双極子(アルキンやアルケンなど)を作用させ、中性の付加環化体を形成する(図1A)。加えて、アラインなどの環状アルキンも反応性の高い親双極子としてよく用いられる[2]。しかし、芳香環を親双極子として用いた1,3双極子付加環化反応は未だ報告がない。芳香族性に基づく安定化により親双極子としての反応性が著しく低いことがその要因である。

一方2007年Fokinらは、N-スルホニル1,2,3-トリアゾール1aを開環する活性化エネルギーが、N-メチル1,2,3-トリアゾール1bよりも84 kcal/mol低いことを計算化学的に明らかにした(図1B)[3]。今回、著者らは12の環鎖互変異性を利用すれば、ジアゾアルケンが生成できると考えた(図1C)。すなわち、スルホニル基を有する金属トリアゾール4を合成できれば、4の環鎖互変異性により、ジアゾアルケン5が反応系中で生成すると想定した。ジアゾアルケンは双極子として高い反応性をもつと予想されるため、分子内の芳香環部位との1,3-双極子付加環化反応が進行し、スルホイン中間体6が得られると考えた。

図1. (A) 1,3-双極子付加環化反応 (B) 先行研究 (C)本研究

 

“Arenes participate in 1,3-dipolar cycloaddition with in situ-generated diazoalkenes”

Aggarwal, S.; Vu, A.; Eremin, D. B.; Persaud, R.; Fokin, V. V. Nat. Chem. 2023, 15, 764–772.

DOI: 10.1038/s41557-023-01188-z

論文著者の紹介 

研究者の経歴:Valery V. Fokin

1998 Ph.D., University of Southern California, USA (Prof. Nicos A. Petasis)

1998 Postdoc, The Scripps Research Institute, USA (Prof. K. Barry Sharpless)

2000 Assistant Professor, The Scripps Research Institute, USA

2013 Associate Professor, The Scripps Research Institute, USA

2015 Professor, University of Southern California, USA

研究内容:(3+2)付加環化反応、クリックケミストリーに有用な触媒開発

論文の概要

THF中、–48 °Cでリチウムフェニルアセチリド7ap-トルエンスルホニルアジド8を添加し、室温まで昇温した後に塩化アンモニウム水溶液を加えると、スルタム10aを収率86%で得ることに成功した (図2A)。本反応ではリチウムアセチリド7とスルホニルアジド8より、トリアゼン9を経由してリチウムトリアゾール4-Liが生成したと考えられる。その後、想定通り4-Liの環鎖互変異性によって生成したジアゾアルケン5が芳香環部位と分子内1,3-双極子付加環化反応し、6を経由して10を与えたと考えた。次に基質適用範囲を調査したところ、電子供与基をもつアルキン7bや電子求引基をもつ7c、直鎖アルカンをもつアルキン7dにおいても対応する10b–dが得られた。また、スルホニル基のメタ位にニトロ基をもつ8a8bを用いるとN2フラグメントが残ったスルホイン11a, bが得られた。これは6の芳香族化の際に、ニトロ基が脱離基として働いたと考えられる。

想定反応機構を考察するため、中間体INT4の生成経路のDFT計算を試みた(図2B)。まず閉環型INT1は、遷移状態TS1を経て開環し、反応系中でジアゾアルケンINT2が生成すると考えられる。生成したINT2より遷移状態TS2を経て、脱芳香族的な分子内1,3-双極子付加環化反応が進行し、INT3となる。ジアゾアルケンの高い反応性とスルホニル基による芳香環の電子密度の低下が反応の鍵である。また、TS3のエネルギー障壁はわずかであり、INT2からINT4の生成はほとんど協奏的な環化付加反応で進行することが示された。

図2. (A) 基質適用範囲 (B) INT4の自由エネルギーの計算値 (kcal/mol)

以上、リチウムアセチリド7とスルホニルアジド8から反応系中で望みのジアゾアルケンを生成させることに成功し、結果的に、前人未到の芳香環の分子内1,3-双極子付加環化反応の開発へと至った。本反応は生物学活性なスルタム類を簡便に合成可能であり、医薬品合成への貢献が期待される。

 参考文献

  1. A) Michael, A. Ueber Die Einwirkung von Diazobenzolimid Auf Acetylendicarbonsäuremethylester. J. Prakt. Chem. 1893, 48, 94–95. DOI: 10.1002/prac.18930480114 b) Huisgen, R. 1,3-Dipolar Cycloadditions. Past and Future. Angew. Chem., Int. Ed. 1963, 2, 565–598. DOI: 10.1002/anie.196305651 c) Huisgen, R. Kinetics and Mechanism of 1,3-Dipolr Cycloadditions. Angew. Chem., Int. Ed. 1963, 2, 633–645. DOI: 10.1002/anie.196306331
  2. a) Breugst, M.; Reissig, H. The Huisgen Reaction: Milestones of the 1,3‐Dipolar Cycloaddition. Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 12293–12307. DOI: 10.1002/anie.202003115 b) Agard, N. J.; Prescher, J. A.; Bertozzi, C. R. A Strain-Promoted [3+2] Azide−Alkyne Cycloaddition for Covalent Modification of Biomolecules in Living Systems. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15046–15047. DOI: 10.1021/ja044996f
  3. Yoo, E. J.; Ahlquist, M.; Kim, S. H.; Bae, I.; Fokin, V. V.; Sharpless, K. B.; Chang, S. Copper-Catalyzed Synthesis OfN-Sulfonyl-1,2,3-Triazoles: Controlling Selectivity. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 1730–1733. 10.1002/anie.200604241
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. 【技術者・事業担当者向け】 マイクロ波による化学プロセス革新 〜…
  2. 2つの結合回転を熱と光によって操る、ベンズアミド構造の新たな性質…
  3. SNSコンテスト企画『集まれ、みんなのラボのDIY!』~結果発表…
  4. ドーパミンで音楽にシビれる
  5. 2023年度第1回日本化学連合シンポジウム「ヒューメインな化学 …
  6. 反応機構を書いてみよう!~電子の矢印講座・その2~
  7. 第6回慶應有機化学若手シンポジウム
  8. 第36回ケムステVシンポ「光化学最前線2023」を開催します!

注目情報

ピックアップ記事

  1. エーテル系保護基 Ether Protective Group
  2. バールエンガ試薬 Barluenga’s Reagent
  3. 第7回日本化学会東海支部若手研究者フォーラム
  4. 光応答性リキッドマーブルのマイクロリアクターとしての機能開拓
  5. 信越化学・旭化成ケミカルズが石化品値上げ
  6. リンダウ会議に行ってきた③
  7. 杏林製薬、ノバルティス社と免疫抑制剤「KRP-203」に関するライセンス契約を締結
  8. 銅触媒によるアニリン類からの直接的芳香族アゾ化合物生成反応
  9. ChatGPTが作った記事を添削してみた
  10. 「赤チン」~ある水銀化合物の歴史~

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2023年9月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930  

注目情報

最新記事

アクリルアミド類のanti-Michael型付加反応の開発ーPd触媒による反応中間体の安定性が鍵―

第622回のスポットライトリサーチは、東京理科大学大学院理学研究科(松田研究室)修士2年の茂呂 諒太…

エントロピーを表す記号はなぜSなのか

Tshozoです。エントロピーの後日談が8年経っても一向に進んでないのは私が熱力学に向いてないことの…

AI解析プラットフォーム Multi-Sigmaとは?

Multi-Sigmaは少ないデータからAIによる予測、要因分析、最適化まで解析可能なプラットフォー…

【11/20~22】第41回メディシナルケミストリーシンポジウム@京都

概要メディシナルケミストリーシンポジウムは、日本の創薬力の向上或いは関連研究分野…

有機電解合成のはなし ~アンモニア常温常圧合成のキー技術~

(出典:燃料アンモニアサプライチェーンの構築 | NEDO グリーンイノベーション基金)Ts…

光触媒でエステルを多電子還元する

第621回のスポットライトリサーチは、分子科学研究所 生命・錯体分子科学研究領域(魚住グループ)にて…

ケムステSlackが開設5周年を迎えました!

日本初の化学専用オープンコミュニティとして発足した「ケムステSlack」が、めで…

人事・DX推進のご担当者の方へ〜研究開発でDXを進めるには

開催日:2024/07/24 申込みはこちら■開催概要新たな技術が生まれ続けるVUCAな…

酵素を照らす新たな光!アミノ酸の酸化的クロスカップリング

酵素と可視光レドックス触媒を協働させる、アミノ酸の酸化的クロスカップリング反応が開発された。多様な非…

二元貴金属酸化物触媒によるC–H活性化: 分子状酸素を酸化剤とするアレーンとカルボン酸の酸化的カップリング

第620回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院工学研究院(本倉研究室)の長谷川 慎吾 助教…

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