[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

TMSClを使ってチタンを再生!チタン触媒を用いたケトン合成

[スポンサーリンク]

カルボン酸誘導体とgem-ジハロアルカンからのチタン触媒を用いたケトンの合成法が報告された。オレフィン化と続く求電子置換によりさまざまな官能基をもつケトンへの迅速な変換が可能となった。

カルボン酸誘導体を用いるケトン合成

ケトンは天然物や医薬品などに頻出するのに加え、合成中間体としての汎用性も高い有機合成の華形と言える官能基である。Weinrebケトン合成や、Friedel–Craftsアシル化などケトン合成の常法に加え[1]、近年では遷移金属触媒存在下、酸無水物、カルボン酸クロリドやイミド、フェニルエステルと有機ハロゲン化物または有機金属試薬とのクロスカップリング反応によるケトン合成も複数報告された(図1A)[2]。しかし、カルボン酸やアルキルエステル、アミドからの触媒的なケトン合成は依然高難度の課題であった。

一方で、チタンからなるTebbe試薬Petasis試薬はカルボン酸誘導体のメチレン化試薬として広く用いられる(図1B)[3]。また、高井らや武田らの報告では、gem-ジハロアルカンやチオアセタールを用いて発生させた低原子価有機チタン種によるカルボン酸誘導体からの置換アルケンの合成が達成された[4]。これらの手法は不活性なエステルやアミドのオレフィン化を可能とした優れた手法だが、いずれも化学量論量のチタン試薬を要する。反応後に生じる安定なチタンオキソ種を反応性の高い低原子価チタン錯体に再生することが、チタンを触媒量に減ずる鍵となる。

今回西湖大学のWang助教授らは、マグネシウムや亜鉛還元剤およびTMSCl存在下、触媒量のチタンでカルボン酸誘導体とgem-ジハロアルカンからのオレフィン合成法を開発した(図1C)。そして、生成したオレフィンを酸や求電子的ハロゲン化剤などで処理することで種々のケトンへと導けることを示し、カルボン酸やアルキルエステル、アミドから触媒的なケトン合成に成功した。TMSClを用いて反応後に生じるチタンオキソ種の酸素原子を塩素原子に置換し、チタン触媒を再生することでチタンの触媒的利用が可能になった。

図1. (A) 金属触媒を用いたケトン合成 (B) チタンを用いたカルボン酸誘導体のオレフィン化 (C) 今回の反応

 

“Ti-Catalyzed Modular Ketone Synthesis from Carboxylic Derivatives and gem-Dihaloalkanes”

Ni, J.; Xia, X.; Gu, D.; Wang, Z. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 14884–14893.

DOI: 10.1021/jacs.3c04009 

 

論文著者の紹介

研究者:Zhaobin Wang (王兆彬)

研究者の経歴:

2011 B.S., Nanjing University, China (Prof. Leyong Wang)

2015 Ph. D., Hong Kong University of Science and Technology, China (Prof. Jianwei Sun)

2016–2019 Postdoc, California Institute of Technology, USA (Prof. Gregory C. Fu)

2019– Assistant Professor, Westlake University, China

研究内容:遷移金属触媒を用いた反応開発、ラジカル-極性クロスオーバー反応を用いた不斉反応の開発

論文の概要

THF中触媒量のCp2TiCl2とマグネシウム粉末、TMSCl存在下、カルボン酸1gem-ジクロロアルカン2を80 °Cで反応させた後、塩酸で処理することでケトン3が得られることを見いだした(図2A)。本反応の基質適用範囲は広く、嵩高い置換基を有するものや安息香酸、a,b-不飽和カルボン酸など、さまざまなカルボン酸に対して適用可能であった(3a–c)。また、α-キラルカルボン酸を用いても立体化学を損なうことなくa-キラルケトン(3d)が得られる。gem-ジクロロアルカンに関しても、ヘテロ環や内部アルケンを有するものなどさまざまな基質が適用できた(3e, 3f)。本反応は亜鉛粉末を還元剤にしても進行し、この場合は、gem-ジブロモアルカン5を用いるとジメチルアミドやメチルエステルを中程度から高い収率でケトン6に変換できる(図2B)。

本反応で、酸処理の代わりに種々の求電子剤を作用させればα-官能基化ケトンが得られる(図2C)。すなわち、カルボン酸とgem-ジクロロアルカンを図2Aの条件下反応させた後、生じたシリルエノールエーテル粗生成物にSelectfluor®、NCSを作用させれば対応するa-ハロケトン7, 8が、Togni試薬を用いればa-トリフルオロメチルケトン9が合成できた。

チタンを触媒量にできた鍵はMgやZnとTMSClを併用したことである。この点に関する機構解明実験はなされていないものの、TMSClにより反応で生じたチタンオキソ種(Cp2TiO)がCp2Ti(IV)Cl2へと再生されることでチタンの触媒的利用が可能となったと提唱されている(図2D; その他の機構解明実験は論文参照)。

図2. (A) カルボン酸からのケトン合成 (B) 亜鉛還元剤を用いるアミドやエステルからのケトン合成 (C) 求電子剤による-官能基化 (D) チタン触媒の再生機構

以上、チタン触媒を用いたカルボン酸誘導体からのケトン合成が開発された。多様なカルボン酸誘導体を利用できることから、有機合成化学において幅広い有用性が期待される。

参考文献

  1. (a) Nahm, S.; Weinreb, S. M. N-Methoxy-n-Methylamides as Effective Acylating Agents. Tetrahedron Let. 1981, 22, 3815–3818. DOI: 1016/S0040-4039(01)91316-4 (b) Balasubramaniam, S.; Aidhen, I. The Growing Synthetic Utility of the Weinreb Amide. Synthesis 2008, 2008, 3707–3738. DOI: 10.1055/s-0028-1083226 (c) Sartori, G.; Maggi, R. Use of Solid Catalysts in Friedel−Crafts Acylation Reactions. Chem. Rev. 2006, 106, 1077–1104. DOI: 10.1021/cr040695c
  2. (a) Cherney, A. H.; Kadunce, N. T.; Reisman, S. E. Catalytic Asymmetric Reductive Acyl Cross-Coupling: Synthesis of Enantioenriched Acyclic α,α-Disubstituted Ketones. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7442–7445. DOI: 10.1021/ja402922w (b) Yin, H.; Zhao, C.; You, H.; Lin, K.; Gong, H. Mild Ketone Formation via Ni-Catalyzed Reductive Coupling of Unactivated Alkyl Halides with Acid Anhydrides. Chem. Commun. 2012, 48, 7034. DOI: 10.1039/c2cc33232a (c) Ben Halima, T.; Zhang, W.; Yalaoui, I.; Hong, X.; Yang, Y.-F.; Houk, K. N.; Newman, S. G. Palladium-Catalyzed Suzuki–Miyaura Coupling of Aryl Esters. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1311–1318. DOI: 10.1021/jacs.6b12329 (d) Simmons, B. J.; Weires, N. A.; Dander, J. E.; Garg, N. K. Nickel-Catalyzed Alkylation of Amide Derivatives. ACS Catal. 2016, 6, 3176–3179. DOI: 10.1021/acscatal.6b00793 (e) Takise, R.; Muto, K.; Yamaguchi, J. Cross-Coupling of Aromatic Esters and Amides. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 5864–5888. DOI: 10.1039/C7CS00182G
  3. (a) Manßen, M.; Schafer, L. L. Titanium Catalysis for the Synthesis of Fine Chemicals – Development and Trends. Soc. Rev. 2020, 49, 6947–6994. DOI: 10.1039/D0CS00229A (b) McMurry, J. E.; Fleming, M. P. New Method for the Reductive Coupling of Carbonyls to Olefins. Synthesis of b-Carotene. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 4708–4709. DOI; 10.1021/ja00821a076 (c) Tebbe, F. N.; Parshall, G. W.; Reddy, G. S. Olefin Homologation with Titanium Methylene Compounds. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 3611–3613. DOI: 10.1021/ja00479a061 (d) Petasis, N. A.; Bzowej, E. I. Titanium-Mediated Carbonyl Olefinations. 1. Methylenations of Carbonyl Compounds with Dimethyltitanocene. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 6392–6394. DOI: 10.1021/ja00173a035
  4. (a) Okazoe, T.; Takai, K.; Oshima, K.; Utimoto, K. Alkylidenation of Ester Carbonyl Groups by Means of a Reagent Derived from RCHBr2, Zn, TiCl4, and TMEDA. Stereoselective Preparation of (Z)-Alkenyl Ethers. Org. Chem. 1987, 52, 4410–4412. DOI: 10.1021/jo00228a055 (b) Horikawa, Y.; Watanabe, M.; Fujiwara, T.; Takeda, T. New Carbonyl Olefination Using Thioacetals. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 1127–1128. DOI: 10.1021/ja962240d
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. 光触媒ラジカルカスケードが実現する網羅的天然物合成
  2. 高選択的なアルカンC–H酸化触媒の開発
  3. フェノール類を選択的に加水素分解する新触媒を開発:リグニンから芳…
  4. キムワイプをつくった会社 ~キンバリー・クラーク社について~
  5. 接着系材料におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用 -条件…
  6. 第39回ケムステVシンポ「AIが拓く材料開発の最前線」を開催しま…
  7. 有機合成化学協会誌2021年2月号:デオキシプロピオナート構造・…
  8. カゴ型シルセスキオキサン「ヤヌスキューブ」の合成と構造決定

注目情報

ピックアップ記事

  1. 天然有機化合物のNMRデータベース「CH-NMR-NP」
  2. 毒を持ったタコにご注意を
  3. 蛍光異方性 Fluorescence Anisotropy
  4. 細菌ゲノム、完全合成 米チーム「人工生命」に前進
  5. 各ジャーナル誌、続々とリニューアル!
  6. フッ化セシウムをフッ素源とする立体特異的フッ素化有機分子の合成法の開発
  7. Carl Boschの人生 その6
  8. 第23回日本蛋白質科学年会 企画ワークショップ『反応化学の目からタンパク質を理解し、制御する』
  9. 在宅となった化学者がすべきこと
  10. NMRのプローブと測定(Bruker編)

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