[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

塩基が肝!シクロヘキセンのcis-1,3-カルボホウ素化反応

[スポンサーリンク]

ニッケル触媒を用いたシクロヘキセンの位置および立体選択的なカルボホウ素化反応が開発された。用いる塩基が重要であり、cis-1,3-カルボホウ素化合物が選択的に得られる。

シクロヘキセンのcis-1,3-カルボホウ素化反応

cis-1,3-二置換シクロヘキサン骨格は生物活性物質に頻出し[1]の合成手法がこれまでに多く開発されてきた。ごく最近の例としては、1,3-二置換ベンゼンのcis-選択的水素化やシクロヘキサンカルボン酸のC–Hアリール化などが開発されており、注目度の高い報告例が後を絶たない[2]

一方で、シクロヘキセン(1)は安価で入手容易な化合物であり、シクロヘキサンを二官能基化してcis-1,3-二置換シクロヘキサン4が合成できれば有用な手法となる。しかし、一般的に遷移金属触媒を用いた1の二官能基化は1,2-二置換体を与える。例えば、BrownらはDMA中、Ni(cod)2触媒とNaOtAmyl存在下、1をベンジルクロリド(2)とB2pin2(3)と反応させ、cis-1,2-二置換シクロヘキサンを選択的に得た(図1A)[3]。今回、武漢大学のYin教授らは遷移金属触媒のチェーンウォーキング反応を用いれば、この1,2-選択性を打破し、1から4が得られると考えた。彼らはこれまで、ニッケル触媒を用いたアルケンの1,n-カルボホウ素化反応(n = 1,3,4…)を数例報告している(図1B)[4]。オレフィンのニッケルホウ素化の後、β-水素脱離と生じたNi–H種の配位挿入が連続的に起こり(チェーンウォーキング)、1,n-カルボホウ素化体が得られる。チェーンウォーキングの位置選択性は一般的に基質制御であり、ベンジル位やヘテロ原子のα位で停止して位置選択性が発現する。しかし、1ではこれらの“停止タグ”がなく、位置選択性、さらにはジアステレオ選択性が制御できるかは不明であった。

今回著者らは、チェーンウォーキングを用いることで、ニッケル触媒による1のcis-1,3-選択的カルボホウ素化が進行することを見いだした(図1C)。塩基にLiOMeを用いるのがcis-1,3-選択性発現の反応の鍵であり、他の塩基ではcis-1,2-二置換体が得られる。

図1. A) cis-1,2-位置選択的カルボホウ素化 B) 先行研究 C) 今回の研究

 

“Base-Modulated 1,3-Regio- and Stereoselective Carboboration of Cyclohexenes”

Kong, W.; Bao, Y.; Lu, L.; Han, Z.; Zhong, Y.; Zhang, R.; Li, Y.; Yin, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202308041.

DOI: 10.1002/anie.202308041

論文著者の紹介

研究者:Yuqiang Li (李玉强)

研究者の経歴:

2012–2016 B.S., Central South University, China
2016–2021 Ph.D., Wuhan University, China (Prof. Guoyin Yin)
2021–2022 Assistant Professor, Central South University, China
2022– Researcher, Shanghai Artificial Intelligence Laboratory, China 

研究内容:ニッケル触媒を用いた新規反応開発

 

研究者:Guoyin Yin (阴 国印)

研究者の経歴:

2002–2006 B.S., Northeast Agricultural University, China (Prof. Fei Ye and Prof. Ying Fu)
2006–2011 Ph.D., Shanghai Institute of Organic Chemistry, China (Prof. Guosheng Liu)
2011–2013 Postdoc, Technical University of Munich, Germany (Prof. Thorsten Bach)
2013–2014 Postdoc, RWTH Aachen University, Germany (Prof. Franziska Schoenebeck)
2014–2016 Postdoc, University of Delaware, USA (Prof. Donald A. Watson)
2016–2021 Researcher, Wuhan University, China
2021– Professor (untenured), Wuhan University, China

研究内容:遷移金属触媒を用いた二官能基化を含む新規反応開発

 

論文の概要

著者らはNMP中NiCl2·DME存在下、シクロヘキセン(1)に対し、有機ハロゲン化物2、B2pin2(3)、およびLiOMeを反応させ50 °Cで12時間撹拌することで、cis-1,3-二置換シクロヘキサン4が得られることを見いだした(図2A)。三級を除く様々なハロゲン化アルキルやブロモアレーンが本反応に適用でき、良好な収率で対応する4が得られた(4a–4c)。また、3位に置換基をもつシクロヘキセン5も反応に適用でき、cis-1,3-カルボホウ素化の後、酸化することで4dが収率よく得られた。

推定反応機構を以下に示す(図2B)。LiOMe存在下でNiII錯体と3のトランスメタル化が進行しNiII–Bpin(B)が生じる。Bが1に挿入してCとなり、チェーンウォーキング反応によりcis-1,3-ニッケルシクロヘキセン中間体(E)が生成する。その後、ラジカル種2′がEに反応してNiIII種(F)ができ、還元的脱離を経て生成物4が得られると同時にNiI種(G)を与える。Gは2と反応してアルキルラジカル2′とNiII(A)を再生する。DFT計算の結果、1,3-置換体が選択的に生じる理由は、中間体EがCや1,4-二置換体(H)よりも熱力学的に安定なためと示唆された(詳細は論文を参照)。

なお、本反応ではLiOMeを用いた場合のみ4が得られ、NaOMeや他の塩基を用いると低収率(20–30%)ながら1,2-二置換体6が優先して得られる(図2C)。この位置選択性の変化に関して、Ni–Bpin中間体の価数が関与すると結論づけられている。上述の通りLiOMeでは、二価のNiII–Bpinが生成する。それに対し、NaOMeを用いると、NiII種(A)が3と塩基によりNi0種(I)に還元され、NiII錯体との均化、続く3とのトランスメタル化を経てNiI-Bpin(K)が生成する[5]。Kの1への配位挿入後にはチェーンウォーキングは起こらず、1,2-二置換体の生成に至る(詳細は論文を参照)。

図2. A) 基質適応範囲 B) 推定反応機構 C) cis-1,2-カルボホウ素化

 

以上、著者らは安価なシクロヘキセンを出発物質とし、ニッケル触媒を用いたcis-1,3-カルボホウ素化反応を達成した。本反応は生物活性物質の簡便な合成の一助となることが期待される。 

 参考文献

  1. (a) Lovering, F.; Bikker, J.; Humblet, C. Escape from Flatland: Increasing Saturation as an Approach to Improving Clinical Success. J. Med. Chem. 2009, 52, 6752–6756. DOI: 10.1021/jm901241e (b) Smaligo, A. J.; Swain, Manisha.; Quintana, J. C.; Tan. M. F.; Kim. D. A.; Kwon, O. Hydrodealkenylative C(sp3)–C(sp2) Bond Fragmentation. Science 2019, 364, 681–685. DOI: 10.1126/science.aaw4212
  2. (a) Wiesenfeldt. M. P.; Nairoukh. Z.; Li. W.; Glorius. F. Hydrogenation of Fluoroarenes: Direct Access to All-cis-(Multi)fluorinated Cycloalkanes. Science 2017, 357, 908–912. DOI: 1126/science.aao0270 (b) Ling, L.; He, Y.; Zhang, X.; Luo, M.; Zeng, X. Hydrogenation of (Hetero)aryl Boronate Esters with a Cyclic (Alkyl)(amino)carbene–Rhodium Complex: Direct Access to cis-Substituted Borylated Cycloalkanes and Saturated Heterocycles. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 6554–6558. DOI: 10.1002/anie.201811210 (c) Kang, G.; Strassfeld, D. A.; Sheng, T.; Chen, C.-Y.; Yu, J.-Q. Transannular C–H Functionalization of Cycloalkane Carboxylic Acids. Nature 2023, 618, 519–523. DOI: 10.1038/s41586-023-06000-z
  3. (a) Logan, K. M.; Sardini, D. W.; Brown, M. K. Nickel-Catalyzed Stereoselective Arylboration of Unactivated Alkenes. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 159–162. DOI: 10.1021/jacs.7b12160 (b) Joung, S.; Bergmann, A. M.; Brown, M. K. Ni-Catalyzed 1,2-Benzylboration of 1,2-Disubstituted Unactivated Alkenes. Chem. Sci. 2019, 10, 10944–10947. DOI: 10.1039/C9SC04199K
  4. (a) Ding, C.; Ren, Y.; Sun, C.; Long, J.; Yin, G. Regio- and Stereoselective Alkylboration of Endocyclic Olefins Enabled by Nickel Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20027–20034. DOI: 10.1021/jacs.1c09214 (b) Li, Y.; Wu, D.; Cheng, H.; Yin, G. Difunctionalization of Alkenes Involving Metal Migration. Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 7990–8003. DOI: 10.1002/anie.201913382 (c) Dhungana, R. K.; Sapkota, R. R.; Niroula, D.; Giri, R. Walking Metals: Catalytic Difunctionalization of Alkenes at Nonclassical Sites. Chem. Sci. 2020, 11, 9757–9774. DOI: 10.1039/D0SC03634J (d) Sun, C.; Li, Y.; Yin, G. Practical Synthesis of Chiral Allylboronates by Asymmetric 1,1‐Difunctionalization of Terminal Alkenes. Angew. Chem., Int. Ed. 2022, 61, e202209076. DOI: 10.1002/anie.202209076 (e) Li, Y.; Li, Y.; Shi, H.; Wei, H.; Li, H.; Funes-Ardoiz, I.; Yin, G. Modular Access to Substituted Cyclohexanes with Kinetic Stereocontrol. Science 2022, 376, 749–753. DOI: 10.1126/science.abn9124
  5. Lin, C.-Y.; Power, P. P. Complexes of Ni(I): A “Rare” Oxidation State of Growing Importance. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 5347–5399. DOI: 10.1039/C7CS00216E
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. アレーン類の直接的クロスカップリング
  2. 【データケミカル】正社員採用情報
  3. 二重マグネシウム化アルケンと二重アルミニウム化アルケンをアルキン…
  4. 光を吸わないはずの重原子化合物でも光反応が進行するのはなぜか?
  5. 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…
  6. タミフルをどう作る?~インフルエンザ治療薬の合成~
  7. ハッピー・ハロウィーン・リアクション
  8. 紹介会社を使った就活

注目情報

ピックアップ記事

  1. 色の変わる分子〜クロミック分子〜
  2. 【書評】奇跡の薬 16 の物語 ペニシリンからリアップ、バイアグラ、新型コロナワクチンまで
  3. 【書籍】天然物合成で活躍した反応:ケムステ特典も!
  4. ブルック転位 Brook Rearrangement
  5. 化学反応を自動サンプリング! EasySampler 1210
  6. 複雑なモノマー配列を持ったポリエステル系ブロックポリマーをワンステップで合成
  7. 試験概要:知的財産管理技能検定
  8. α-トコフェロールの立体選択的合成
  9. 脱芳香化反応を利用したヒンクデンチンAの不斉全合成
  10. 来年は世界化学年:2011年は”化学の年”!

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2023年12月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

最新記事

フィーゼルマン チオフェン合成/Fiesselmann Thiophene Synthesis

概要フィーゼルマン チオフェン合成(Fiesselmann Thiophene Synthesi…

“とび跳ねる水滴”に潜む物理 〜接触時間とエネルギー源で読む撥水・防氷のテク〜

熱したフライパンに落ちた水滴が、玉になってコロコロと走り回り、冷えた面では、結露水が合体した瞬間に跳…

AI時代に研究者がすでに持っている力・これから伸ばしたい力

論文要約や文献検索など、研究現場でもAI活用が日常化する一方、「自分の仕事の先行き」に漠然とした不安…

miHub®を活用した探索的データ解析の実践

開催概要研究開発においてデータ活用が進む中、機械学習モデルの構築や予測解析に…

“ある特効薬”のはなし ~本田宗一郎氏の回想から

Tshozoです。最近実家に戻っては色々と廃棄するなどの店じまいを少しずつ進めているのですが、中…

高分子鎖を束ねた新しい共重合体「束状共重合体」が誕生

第715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(植村研究室)に所属されていた亀谷…

2026年「有機溶媒危機」へのアンサー。北大発・メカノクロスが挑む、溶媒に依存しない新たな合成法 = “メカノケミカル有機合成”の社会実装

株式会社メカノクロスは、メカノケミカル有機合成技術の社会実装に挑む北海道大学発の…

“壊れないよう” に作ってきた半導体ポリマーを、あえて “壊れるよう” に作る化学

半導体ポリマーは長いあいだ、「いかに壊れにくく、長持ちさせるか」といったような安定性を競って進歩して…

有機合成化学協会誌2026年7月号:固体高分子電解質・電子ドナー・アクセプター錯体・機械学習法・trichodermamide類・エナンチオ選択的スキップジエン合成法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年7月号がオンラインで公開されています。…

第62回Vシンポ「見えない空気を科学する~センサによる室内環境・臭気の見える化と快適空間デザインの最前線~」を開催します!

こんにちは、Macyです。第62回Vシンポのご案内をさせていただきます。今回は、前回同様…

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