[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. 大学生向け”オイシイ”情報の集め方
  2. 学振申請書を磨き上げる11のポイント [文章編・後編]
  3. 進化する高分子材料 表面・界面制御 Advanced:高分子鎖デ…
  4. 不安定さが取り柄!1,2,3-シクロヘキサトリエンの多彩な反応
  5. 日本の化学産業を支える静岡県
  6. 熱化学電池の蘊奥を開く-熱を電気に変える電解液の予測設計に道-
  7. 核酸塩基は4つだけではない
  8. 直接クプラート化によるフルオロアルキル銅錯体の形成と応用

注目情報

ピックアップ記事

  1. モッシャー法 Mosher Method
  2. 有機合成化学協会誌2024年5月号:「分子設計・編集・合成科学のイノベーション」特集号
  3. 有機合成化学協会誌2018年12月号:シアリダーゼ・Brook転位・末端選択的酸化・キサンテン・ヨウ素反応剤・ニッケル触媒・Edoxaban中間体・逆電子要請型[4+2]環化付加
  4. 大塚製薬4200億円で米バイオベンチャーを買収
  5. 「関口存男」 ~語学の神様と言われた男~
  6. 研究生活の心構えー修士課程、博士課程に進学したあなたへー
  7. NHC銅錯体の塩基を使わない直接的合成
  8. そうだ、アルミニウムを丸裸にしてみようじゃないか
  9. 被引用回数の多い科学論文top100
  10. 「神経栄養/保護作用を有するセスキテルペン類の全合成研究」ースクリプス研究所 Ryan Shenvi研より

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

水分はどこにあるのか【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

「MI×データ科学」コース 〜LLM・自動実験・計算・画像とベイズ最適化ハンズオン〜

1 開講期間2026年5月26日(火)、29日(金) 計2日間2 コースのねらい、特色近…

材料の数理モデリング – マルチスケール材料シミュレーション –

材料の数理モデリング概要材料科学分野におけるシミュレーションを「マルチスケール」で理解するた…

第59回天然物化学談話会@宮崎(7/8~10)

ごあいさつ天然物化学談話会は、全国の天然物化学および有機合成化学を研究する大学生…

トッド・ハイスター Todd K. Hyster

トッド・カート・ハイスター(Todd Kurt Hyster、1985年10月10日–)はアメリカ出…

“最難関アリル化”を劇的に加速する固定化触媒の開発

第 703回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院 理工学府 博士課程前期で…

「ニューモダリティと有機合成化学」 第5回公開講演会

従来の低分子、抗体だけでなく、核酸、ペプチド、あるいはその複合体(例えばADC(抗体薬物複合体))、…

溶融する半導体配位高分子の開発に成功!~MOFの成形加工性の向上に期待~

第702回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理学部(田中研究室)にて助教をされていた秋吉亮平 …

ミン・ユー・ガイ Ming-Yu Ngai

魏明宇(Ming-Yu Ngai、1981年X月XX日–)は米国の有機化学者である。米国パデュー大学…

第55回複素環化学討論会

複素環化学討論会は、「複素環の合成、反応、構造および物性」をテーマとして、化学・薬学・農芸化学など幅…

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