[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

一致団結ケトンでアレン合成!1,3-エンインのヒドロアルキル化

[スポンサーリンク]

ケトンと1,3-エンインのヒドロアルキル化反応が開発された。独自の配位子とパラジウム/ホウ素/アミン協働触媒系を用いることで、室温で多様なアレンが合成可能である。

1,3-エンインとケトンとのヒドロアルキル化反応によるアレンの合成

アレンは、多くの天然物や生物活性物質に含まれるだけでなく合成中間体としても有用なため、効率的な合成法が模索されている[1]。パラジウム触媒による炭素求核剤と1,3-エンインとのヒドロアルキル化は、原子効率に優れるアレン合成法として知られる(図1A)[2]。しかし、求核剤がマロン酸エステル類など複数の電子求引基をもつ活性メチレンに限られる点が課題である。このような求核剤の制限はアレン合成法に限ったものではなく、アルケンやジエンなどに対するヒドロアルキル化でも合成上有用なモノケトンを求核剤とする反応は少数である(図1B)[3]。これまでにロジウムやニッケル、パラジウム触媒を用いる手法が知られるが、反応性に乏しいケトンを求核剤とするため、ヒドロアルキル化反応には高温条件を要する。

論文著者であるLiu教授らは以前、独自のリン配位子(Senphos)を開発し、Pd–Senphos触媒が1,3-エンインを温和な条件でヒドロ官能基化できることを見いだした[4]。本触媒は1,3-エンインと求電子剤の外圏的な酸化的付加を促進するユニークな触媒である[4b]。最近ではパラジウム–Senphos/銅/ボラン/アミン協働触媒系による、アルキンと1,3-エンインのヒドロアルキニル化を報告した(図1C)[5]。今回著者らは、Pd–Senphos触媒に、ボラン/アミン触媒を協働させることでケトンを活性化できれば、穏和な条件でケトンと1,3-エンインのヒドロアルキル化が進行すると考えた。実際、協働触媒系を用いることで反応が室温で進行し、幅広い基質に適用可能なアレン合成法を確立した(図1D)。

図1. (A) 1,3-エンインのヒドロアルキル化によるアレンの合成 (B) ケトンによるアルケンのヒドロアルキル化 (C) 協働触媒系を用いた1,3-エンインのヒドロアルキニル化 (D) 今回の反応

 

“Synthesis of Allenes by Hydroalkylation of 1,3-Enynes with Ketones Enabled by Cooperative Catalysis”
Eaton, M.; Dai, Y.; Wang, Z.; Li, B.; Lamine, W.; Miqueu, K.; Liu, S.-Y. J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 21638–21645. DOI: 10.1021/jacs.3c08151

論文著者の紹介

研究者:Shih-Yuan Liu (研究室HP, ケムステ)

研究者の経歴:–1997                            B.S., Vienna University of Technology, Austria
1998–2003                  Ph.D., Massachusetts Institute of Technology, USA (Prof. Gregory C. Fu)
2003–2006                  Postdoc, Massachusetts Institute of Technology, USA (Prof. Daniel G. Nocera)
2006–2012                  Assistant Professor, University of Oregon, USA
2012–2013                  Associate Professor, University of Oregon, USA
2013–                             Full Professor, Boston College, USA

研究内容:含ホウ素窒素ヘテロ環の合成およびそれらを用いた反応開発

研究者:Karinne Miqueu

研究者の経歴:
1996                               M.S., University of Pau and the Adour Region, France
1999–2000                  A.T.E.R., University of Pau and the Adour Region, France
2000                               Ph.D., University of Pau and the Adour Region, France
2000–2001                  Postdoc., University of Southampton, UK (Prof. John M. Dyke)
2001–2002                  Postdoc., Paul Sabatier University of Toulouse, France (Prof. Guy Bertrand)
2002–2014                  CNRS Assistant Researcher at IPREM, University of Pau and the Adour Region, France
2014–                             Director of Research at CNRS, University of Pau and the Adour Region, France

研究内容:典型元素や遷移金属触媒を用いる反応の機構解明研究

論文の概要

検討の結果、著者らはトルエン中(COD)Pd(CH2TMS)2とSenphos、B(C6F5)3、1,2,2,6,6-ペンタメチルピペリジン(PMP)触媒存在下、ケトン1と1,3-エンイン2を室温で反応させると良好な収率でアレン3が得られることを見いだした(図2A)。本反応では、アリール、アルキルケトンのいずれも適用でき、対応するアレン(3a3c)が得られる。さらに、C4位にアリール基を有する1,3-エンインに加え、C2, 4位にアルキル基をもつ1,3-エンインを用いても、高収率で対応するアレン(3d3f)を与える。

推定反応機構を示す(図2B)。まず、系中で生じた0価のパラジウム錯体Iに1,3-エンイン2が配位し、錯体IIが生じる。一方、B(C6F5)3の配位によって活性化されたケトンは、PMPによって脱プロトン化されホウ素エノラートとなる。この際生じたアンモニウムH–PMP+が錯体IIと反応し(外圏的プロトン化)、錯体IIIを与える。最後に、ホウ素エノラートがIIIに求核置換することで、アレン3aが得られる。この触媒サイクルは、速度論的同位体効果や、速度論、NMR観測などの機構解明実験とDFT計算によって支持されている。錯体IIはB(C6F5)3とも外圏的な酸化的付加をして、静止状態の錯体RSを生じる。RSは錯体IIとの平衡状態にあり、IIが活性種であると述べられている。また、本反応の律速段階は錯体IIの外圏的プロトン化であることも確認された (詳細は論文参照)。

図2. (A) 最適条件と基質適用範囲 (B) 推定反応機構

以上、Senphosおよびパラジウム/ホウ素/アミン協働触媒系を用い、ケトンを求核剤とする1,3-エンインの分子間ヒドロアルキル化反応が開発された。得られたアレンは有用な合成中間体として、数々の合成に応用されるだろう。

参考文献

  1. (a) Ma, S. Some Typical Advances in the Synthetic Applications of Allenes. Chem. Rev. 2005, 105, 2829–2872. DOI: 10.1021/cr020024j (b) Allen, A. D.; Tidwell, T. T. Ketenes and Other Cumulenes as Reactive Intermediates. Chem. Rev. 2013, 113, 7287–7342. DOI: 10.1021/cr3005263 (C) Yu, S.; Ma, S. Allenes in Catalytic Asymmetric Synthesis and Natural Product Syntheses. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 3074–3112. DOI: 10.1002/anie.201101460
  2. Tsukamoto, H.; Konno, T.; Ito, K.; Doi, T. Palladium(0)–Lithium Iodide Cocatalyzed Asymmetric Hydroalkylation of Conjugated Enynes with Pronucleophiles Leading to 1,3-Disubstituted Allenes. Lett. 2019, 21, 6811–6814. DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02439
  3. (a) Mo, F.; Dong, G. Regioselective Ketone α-Alkylation with Simple Olefins via Dual Activation. Science 2014, 345, 68–72. DOI: 1126/science.1254465 (b) Cheng, L.; Li, M.-M.; Xiao, L.-J.; Xie, J.-H.; Zhou, Q.-L. Nickel(0)-Catalyzed Hydroalkylation of 1,3-Dienes with Simple Ketones. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 11627–11630. DOI: 10.1021/jacs.8b09346 (c) Yang, C.; Zhang, K.; Wu, Z.; Yao, H.; Lin, A. Cooperative Palladium/Proline-Catalyzed Direct a-Allylic Alkylation of Ketones with Alkynes. Org. Lett. 2016, 18, 5332–5335. DOI: 10.1021/acs.orglett.6b02649
  4. (a) Xu, S.; Zhang, Y.; Li, B.; Liu, S.-Y. Site-Selective and Stereoselective Trans-Hydroboration of 1,3-Enynes Catalyzed by 1,4-Azaborine-Based Phosphine–Pd Complex. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 14566–14569. DOI: 10.1021/jacs.6b09759 (b) Yang, Y.; Jiang, J.; Yu, H.; Shi, J. Mechanism and Origin of the Stereoselectivity in the Palladium-Catalyzed trans Hydroboration of Internal 1,3-Enynes with an Azaborine-Based Phosphine Ligand. Chem. Eur. J. 2018, 24, 178. DOI: 10.1002/chem.201704035
  5. Wang, Z.; Zhang, C.; Wu, J.; Li, B.; Chrostowska, A.; Karamanis, P.; Liu, S.-Y. Trans-Hydroalkynylation of Internal 1,3-Enynes Enabled by Cooperative Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 5624–5630. DOI: 10.1021/jacs.3c00514
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. 化学系学生のための就活2019
  2. ADC薬基礎編: 着想の歴史的背景と小分子薬・抗体薬との比較
  3. 共有結合性リガンドを有するタンパク質の網羅的探索法
  4. 在宅となった化学者がすべきこと
  5. 危ない試薬・面倒な試薬の便利な代替品
  6. 複雑なアルカロイド合成
  7. セルロースナノファイバーの真価【オンライン講座】
  8. 分取薄層クロマトグラフィー PTLC (Preparative …

注目情報

ピックアップ記事

  1. 有機アモルファス蒸着薄膜の自発分極を自在制御することに成功!
  2. 2014年ノーベル賞受賞者は誰に?ートムソン・ロイター引用栄誉賞2014発表ー
  3. MEDCHEM NEWS 34-4 号「新しいモダリティとして注目を浴びる分解創薬」
  4. \脱炭素・サーキュラーエコノミーの実現/  マイクロ波を用いたケミカルリサイクル・バイオマスプラスチックのご紹介
  5. フロインターベルク・シェーンベルク チオフェノール合成 Freunderberg-Schonberg Thiophenol Synthesis
  6. 錯体と有機化合物、触媒はどっち?
  7. クライオ電子顕微鏡でATP合成酵素の回転の細かなステップを捉えた!
  8. ケミカル数独
  9. 1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン:1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene
  10. ダイキン、特許を無償開放 代替フロンのエアコン冷媒

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2024年4月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

注目情報

最新記事

7th Compound Challengeが開催されます!【エントリー〆切:2026年03月02日】 集え、”腕に覚えあり”の合成化学者!!

メルク株式会社より全世界の合成化学者と競い合うイベント、7th Compound Challenge…

乙卯研究所【急募】 有機合成化学分野(研究テーマは自由)の研究員募集

乙卯研究所とは乙卯研究所は、1915年の設立以来、広く薬学の研究を行うことを主要事業とし、その研…

大森 建 Ken OHMORI

大森 建(おおもり けん, 1969年 02月 12日–)は、日本の有機合成化学者。東京科学大学(I…

西川俊夫 Toshio NISHIKAWA

西川俊夫(にしかわ としお、1962年6月1日-)は、日本の有機化学者である。名古屋大学大学院生命農…

市川聡 Satoshi ICHIKAWA

市川 聡(Satoshi Ichikawa, 1971年9月28日-)は、日本の有機化学者・創薬化学…

非侵襲で使えるpH計で水溶液中のpHを測ってみた!

今回は、知っているようで知らない、なんとなく分かっているようで実は測定が難しい pH計(pHセンサー…

有馬温泉で鉄イオン水溶液について学んできた【化学者が行く温泉巡りの旅】

有馬温泉の金泉は、塩化物濃度と鉄濃度が日本の温泉の中で最も高い温泉で、黄褐色を呈する温泉です。この記…

HPLCをPATツールに変換!オンラインHPLCシステム:DirectInject-LC

これまでの自動サンプリング技術多くの製薬・化学メーカーはその生産性向上のため、有…

MEDCHEM NEWS 34-4 号「新しいモダリティとして注目を浴びる分解創薬」

日本薬学会 医薬化学部会の部会誌 MEDCHEM NEWS より、新たにオープン…

圧力に依存して還元反応が進行!~シクロファン構造を活用した新機能~

第686回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院理学研究院化学部門 有機化学第一研究室(鈴木孝…

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