[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

BulkyなNHCでNovelなButadiyne (BNNB) アナログの反応

[スポンサーリンク]

2つのBN三重結合が共役した、ブタジインBNNBアナログが初めて単離された。ブタジインBNNBアナログは、還元によりアンモニウム塩を生じ、ニトリルとの反応でボリレン等価体として働くなど、特異な反応性を有することが明らかとなった。

BNアナログの反応性

ホウ素窒素(BN)多重結合は、対応する炭素炭素(CC)多重結合と等電子構造であるにも関わらず、より高い反応性をもつ(図1A)[1]。これは、BN多重結合のうち1つの結合が、窒素からホウ素への非共有電子対の供与で形成されており、電荷の偏りをもつ結合であることに起因する。そのため、CC多重結合をBN多重結合に置き換えた分子(BNアナログ)の特異な反応性が調査されてきた。

一方、BN多重結合同士が共役したBNアナログは、他のBNアナログではみられない反応性を示す。例えば、Powerらは2つのBN二重結合が共役したブタジエンBNアナログのリチウムによる還元で、BB二重結合の形成に初めて成功した(図1B上)[2]。またBraunschweigらの構築したBNNB結合は還元により、BN結合の開裂を伴いながらアンモニウム塩を生じる(図1B中)[3]。2つのBN三重結合が共役したブタジインBNアナログは、容易に環化してシクロオリゴマー化するため、合成例は非常に少ない[4]。2つのBN三重結合を確認した唯一の例として、Wang、Riedelらはボリレンによって窒素ガスを捕捉し、マトリックス中ではあるがブタジインBNNBアナログを合成した(図1B下)[5]。しかし、単離は達成されておらず、その反応性は検証されていない。

著者らは以前、嵩高い置換基をもつボリル化ヒドラジン誘導体に嵩高いNHC(IiPrMe)を作用させ、新奇BNNB骨格の構築を試みた。その結果、BNNB骨格の構築には成功したものの、ホウ素上にIiPrMeが配位したBNN-1,3-双極子が合成された(図1C)[6]。今回著者らは、より嵩高いNHC(ItBu)を用いたところ、NHCの配位が抑制され、単離可能なブタジインBNNBアナログの合成に成功した。

図1. (A) CC多重結合とBNアナログ (B) 2つのBN多重結合が共役した分子の反応性 (C) ブタジインBNNBアナログの合成

 “BN Analogue of Butadiyne: A Platform for Dinitrogen Release and Reduction”
Guo, R.; Hu, C.; Li, Q.; Liu, L. L.; Tung, C.-H.; Kong, L. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 18767–18772.
DOI: 10.1021/jacs.3c07469

論文著者の紹介

研究者:Liu Leo Liu (刘 柳) (研究室HP)

研究者の経歴:

–2011 B.Sc., Xiamen University, China (Prof. Yufen Zhao)
2011–2013 Ph.D. study, Xiamen University, China (Prof. Yufen Zhao)
2013–2015 Joint Ph.D. study, University of California, San Diego, USA (Prof. Guy Bertrand)
2015–2016 Ph.D., Xiamen University, China (Prof. Yufen Zhao)
2016–2019 Postdoc, University of Toronto, Canada (Prof. Douglas W. Stephan)
2019–2020 Postdoc, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California, Berkeley, USA
(Profs. F. Dean Toste, Kenneth N. Raymond and Robert G. Bergman)
2020–2022 Assistant professor, Southern University of Science and Technology, China
2022–                             Associate professor, Southern University of Science and Technology, China

研究内容:典型元素を用いた新規化学構造の構築、計算化学

研究者:Lingbing Kong (孔 令兵)

研究者の経歴:

–2007 B.Sc., Liaocheng University, China
2007–2012 Ph.D., Nankai University, China (Prof. Chunming Cui)
2012–2016 Postdoc, Nanyang Technological University, Singapore (Prof. Rei Kinjo)
2017–                             Professor, Shandong University, China

研究内容:有機ホウ素試薬の開発と合成

論文の概要

著者らの先行研究と同様に、トルエン中、ボリル化ヒドラジン1に対し2当量のItBuを作用させ、ジイミノボラン2を収率40%で得た[7]2のX線構造解析から、C1–B1–N1、B1–N1–N1Aの結合角はそれぞれ178.1°と178.8°であり、B–N間でのsp混成軌道の形成が示唆された(図2B左)。また、B1–N1、N1–N1Aの結合長がそれぞれ1.228 Å、1.301 Åであり、N–N結合長は、典型的な単結合(1.42 Å)と二重結合(1.24 Å)の間であった。ここで、2がブタジイン構造とクムレン構造のどちらであるか判別するため、Mes*基をメチル基に変えたモデルのNRT(natural resonance theory)解析をした(図2B右)。その結果、2つのBN三重結合が共役した構造が主要な構造だと判明し、2がクムレンではなくブタジインのBNアナログであることが確かめられた。

ブタジインBNアナログを初めて安定に単離できたため、その反応性を調査した(図2C)。2をリチウムで還元したのち塩酸を加えると、アンモニウム塩とボロン酸3が生成した。また、2にベンゾニトリルを作用させたところ、脱窒素を伴い環化体4が生じた。一方で、トリメチルアセトニトリルを作用させると、縮環化合物5が得られた。さらに、15N化ニトリルを用いた実験によって、45中の窒素原子はニトリル由来だとわかった。この特異な反応性を考察するために、4が生成する反応経路をDFT計算で解析した。まず2とニトリルの付加体IN1が生じ、B–C結合が形成されて環化体IN2となる。窒素が脱離したのちに、同様に別のニトリルとの付加体形成、続く環化により4を与える(詳細は論文参照)。ホウ素がニトリルの求核部位と求電子部位の双方で結合を形成したことから、2がボリレン等価体であると示された。

図2. (A) ジイミノボラン2の合成 (B) ジイミノボラン2の分子構造 (C) ジイミノボラン2の反応性

以上、安定なブタジインBNNBアナログが初めて単離され、ボリレン等価体として働くことが示された。今後、ボリレンとしての反応性を利用した、有機合成や材料化学への応用が期待される。

参考文献

  1. Brunecker, C.; Arrowsmith, M.; Fantuzzi, F.; Braunschweig, H. Platinum‐Templated Coupling of B=N Units: Synthesis of BNBN Analogues of 1,3‐Dienes and a Butatriene. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 16864–16868. DOI: 10.1002/anie.202106161
  2. Moezzi, A.; Bartlett, R. A.; Power, P. P. Reduction of a Boron-Nitrogen 1,3-Butadiene Analogue: Evidence for a Strong B–B p-Bond. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1992, 31, 1082–1083. DOI: 10.1002/anie.199210821
  3. (a) Légaré, M.-A.; Bélanger-Chabot, G.; Dewhurst, R. D.; Welz, E.; Krummenacher, I.; Engels, B.; Braunschweig, H. Nitrogen Fixation and Reduction at Boron. Science 2018, 359, 896–900. DOI: 1126/science.aaq1684 (b) Légaré, M.-A.; Bélanger-Chabot, G.; Rang, M.; Dewhurst, R. D.; Krummenacher, I.; Bertermann, R.; Braunschweig, H. One-Pot, Room-Temperature Conversion of Dinitrogen to Ammonium Chloride at a Main-Group Element. Nat. Chem.2020, 12, 1076–1080. DOI: 10.1038/s41557-020-0520-6
  4. Fan, Y.; Cui, J.; Kong, L. Recent Advances in the Chemistry of Iminoborane Derivatives. J. Org. Chem. 2022, 2022, e202201086. DOI: 10.1002/ejoc.202201086
  5. Xu, B.; Beckers, H.; Ye, H.; Lu, Y.; Cheng, J.; Wang, X.; Riedel, S. Cleavage of the N≡N Triple Bond and Unpredicted Formation of the Cyclic 1,3‐Diaza‐2,4‐diborete (FB)2N2 from N2 and Fluoroborylene BF. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 17205–17210. DOI: 10.1002/anie.202106984
  6. Guo, R.; Jiang, J.; Hu, C.; Liu, L. L.; Cui, P.; Zhao, M.; Ke, Z.; Tung, C.-H.; Kong, L. BNN-1,3-Dipoles: Isolation and Intramolecular Cycloaddition with Unactivated Arenes. Chem. Sci. 2020, 11, 7053–7059. DOI: 10.1039/D0SC02162H
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. 光レドックス触媒と有機分子触媒の協同作用
  2. 第57回ケムステVシンポ「祝ノーベル化学賞!金属有機構造体–MO…
  3. アキラル色素分子にキラル光学特性を付与するミセルを開発
  4. 「関東化学」ってどんな会社?
  5. 研究者のためのマテリアルズインフォティクス入門コンテンツ3選【無…
  6. ついに成功した人工光合成
  7. 「二酸化炭素の資源化」を実現する新たな反応系をデザイン
  8. 窒素を挿入してペリレンビスイミドを曲げる〜曲面π共役分子の新設計…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 革新的医薬品の科学 薬理・薬物動態・代謝・安全性から合成まで
  2. 有機機能性色素におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用とは?
  3. 論文執筆で気をつけたいこと20(1)
  4. 連続フロー水素化反応に適したポリシラン担持パラジウム触媒
  5. MEDCHEM NEWS 33-3 号「30年後の創薬研究」
  6. 超難溶性ポリマーを水溶化するナノカプセル
  7. 【日産化学 24卒/Zoomウェビナー配信!】START your chemi-story あなたの化学をさがす 研究職限定 キャリアマッチングLIVE
  8. 黎书华 Shuhua Li
  9. これならわかる マススペクトロメトリー
  10. 無限の可能性を秘めたポリマー

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

粉末 X 線回折の基礎知識【実践·データ解釈編】

粉末 X 線回折 (powder x-ray diffraction; PXRD) は、固体粉末の試…

異方的成長による量子ニードルの合成を実現

第693回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院理学系研究科(佃研究室)の髙野慎二郎 助教にお願…

miHub®で叶える、研究開発現場でのデータ活用と人材育成のヒント

参加申し込みする開催概要多くの化学・素材メーカー様でMI導入が進む一…

医薬品容器・包装材市場について調査結果を発表

この程、TPCマーケティングリサーチ株式会社(本社=大阪市西区、代表取締役社長=松本竜馬)は、医…

X 線回折の基礎知識【原理 · 基礎知識編】

X 線回折 (X-ray diffraction) は、原子の配列に関する情報を得るために使われる分…

有機合成化学協会誌2026年1月号:エナミンの極性転換・2-メチル-6-ニトロ安息香酸無水物(MNBA)・細胞内有機化学反応・データ駆動型マルチパラメータスクリーニング・位置選択的重水素化法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年1月号がオンラインで公開されています。…

偶然と観察と探求の成果:中毒解毒剤から窒素酸化物を窒素分子へ変換する分子へ!

第692回のスポットライトリサーチは、同志社大学大学院理工学研究科(小寺・北岸研究室)博士後期課程3…

嬉野温泉で論文執筆缶詰め旅行をしてみた【化学者が行く温泉巡りの旅】

論文を書かなきゃ!でもせっかくの休暇なのでお出かけしたい! そうだ!人里離れた温泉地で缶詰めして一気…

光の強さで分子集合を巧みに制御!様々な形を持つ非平衡超分子集合体の作り分けを実現

第691回のスポットライトリサーチは、千葉大学大学院 融合理工学府 分子集合体化学研究室(矢貝研究室…

化学系研究職の転職は難しいのか?求人動向と転職を成功させる考え方

化学系研究職の転職の難点は「専門性のニッチさ」と考えられることが多いですが、企業が求めるのは研究プロ…

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