[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

超塩基配位子が助けてくれる!銅触媒による四級炭素の構築

[スポンサーリンク]

銅触媒による三級アルキルハライドとアニリン類とのC–Cクロスカップリングが開発された。高い電子供与性をもつビス(シクロプロペンイミン)配位子の利用が本反応の鍵である。

銅触媒による四級炭素の構築

 遷移金属触媒を用いた三級アルキルハライドと炭素求核剤とのカップリング反応は四級炭素を構築できる強力な手法である。特に、金属触媒からアルキルハライドへの一電子移動(SET)機構で三級アルキルラジカル生成を伴う手法が汎用される[1]。一方で、銅触媒は安価で低毒性なため、クロスカップリングに幅広く用いられる[1][2]。しかし、銅の低い還元力により、三級アルキルハライドのSETへの適用は難しい。近年、1)可視光照射条件、もしくは2)N,N,N-やN,N,P-三座配位子など電子豊富な多座配位子で銅の還元力を高めることで、銅触媒による三級アルキルハライドのSETが可能となった(図1A)[3][4]。しかし、1)はC–N結合形成に限定される、2)は高温や長い反応時間を要する課題が残る。

本論文著者である延世大学のLee助教授らは、2)の課題解決に際し、高い電子供与性をもち、かつ立体障害の低い配位子としてシクロプロペンイミン類に着目した(図1B)[5]。シクロプロペニル基が芳香族性を示すシクロプロペニウムとなることで電子が非局在化し、イミノ窒素は負の電荷をもつ。そのため、一つの窒素原子上に2つの電子対をもち、金属に4電子供与する超塩基となりうる。この性質は、ビス(シクロプロペンイミン)の窒素原子が2つのパラジウムに配位した錯体が合成されたことによって明らかとなった[6]。しかし、シクロプロペンイミンを配位子とした触媒反応の例はない。著者らは、これらの配位子の窒素原子が1つの銅にのみ配位できれば、その強い電子供与性により銅の還元力を向上させることができると考えた。

今回著者らは銅/ビス(シクロプロペンイミン)触媒を用いることで、三級アルキルハライドとアニリン類とのC–Cクロスカップリングの開発に成功した(図1C)。本反応は室温で進行し、1–2時間で収率よくカップリング体を与える。

図1. A. 銅触媒による三級アルキルハライドのクロスカップリング B. シクロプロペンイミン類とそのパラジウム錯体 C. 本研究

 

Copper-Catalyzed C–C Cross-Couplings of Tertiary Alkyl Halides with Anilines Enabled by Cyclopropenimine-Based Ligands
Choi, S.; Choi, Y.; Kim, Y.; Lee, J.; Lee, S. Y.J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 24897–24905
DOI: 10.1021/jacs.3c09369

論文著者の紹介

研究者:Sarah Yunmi Lee (研究室HP)

研究者の経歴:

2009                                                   B.Sc., Korea Advanced Institute of Science and Technology, Korea (Prof. Sukbok Chang)
2014                                                   Ph.D., Massachusetts Institute of Technology, USA (Prof. Gregory C. Fu)
2014(Oct.–Nov.) Postdoc, California Institute of Technology, USA (Prof. Gregory C. Fu)
2014–2017                NIH Postdoc, University of California, Berkeley, USA (Prof. John F. Hartwig)
2018.3–                         Assistant Professor, Yonsei University, Korea

研究内容: 新規キラル触媒および不斉反応の開発、反応機構解明

論文の概要

著者らはまず、ビス(シクロプロペンイミン)類の銅への配位様式を調査した(図2A)。ベンゼン中ビス(シクロプロペンイミン)配位子L1をCuOTf·PhHと反応させたところ、銅錯体Cu-L1を合成できた (この際、不均化によりCu(0)も生じた)。得られた錯体はX線構造解析により、L1は銅一原子に配位することがわかり、イミノ窒素上の電子対が銅の還元力を向上しうることが示唆された。

著者らは、シクロヘキシル基をもつビス(シクロプロペンイミン)配位子L2/銅触媒を用いて、リチウムt-ブトキシド存在下、三級アルキルブロミド1とアニリン2を反応させたところ、C–Cクロスカップリングが進行し3を与えることを見いだした。本反応には、ラクタムやラクトン、アミドなどのα-三級ハロカルボニル化合物が適用でき、中程度から良好な収率で対応する3を与えた(3aa3ca)。また、インドールやオルト置換アニリンではアミノ基のパラ位で、パラ置換アニリンではオルト位で位置選択的にC–C結合形成した(3ab3ad)。2-ニトロアニリンのような電子不足なアニリンでは、C–N結合形成が進行し4afを与えた(図2B)。

著者らは、ラジカル捕捉実験及びDFT計算などの反応機構解明実験から、以下の機構を提唱した(図2C)。まず、シクロプロペンイミン銅(I)錯体Aとアニリドからアニリド-銅(I)錯体Bが生じる。Bが三級アルキルハライド1とSETしてアニリド-銅(II)錯体Cと三級アルキルラジカルが生成する。その後、アルキルラジカルとCが反応し、再芳香族化を経てカップリング体3を生成する。

図2. (A) ビス(シクロプロペンイミン)-銅錯体の合成 (B)基質適用範囲 (C) 推定反応機構

以上、ビス(シクロプロペンイミン)類/銅触媒による三級アルキルハライドとアニリン類とのC–Cクロスカップリングが開発された。今後、シクロプロペンイミン配位子が他の遷移金属触媒反応へ展開されることを期待したい。

参考文献

  1. (a) Cheng, L.-J.; Mankad, N. P. C–C and C–X Coupling Reactions of Unactivated Alkyl Electrophiles using Copper Catalysis.  Chem. Soc. Rev. 2020, 49, 8036–8064, DOI: 10.1039/D0CS00316F (b) Kaga, A.; Chiba, S. Engaging Radicals in Transition Metal-Catalyzed Cross-Coupling with Alkyl Electrophiles: Recent Advances. ACS Catal. 2017, 7, 4697, DOI: 10.1021/acscatal.7b01405 (c) Choi, J.; Fu, G. C. Transition Metal-Catalyzed Alkyl-Alkyl Bond Formation: Another Dimension in Cross-Coupling Chemistry. Science 2017, 356, eaaf7230, DOI: 10.1126/science.aaf7230
  2. (a) Górski, B.; Barthelemy, A.-L.; Douglas, J. J.; Juliá, F.; Leonori, D. Copper-Catalysed Amination of Alkyl Iodides Enabled by Halogen-Atom Transfer. Catal. 2021, 4, 623–630, DOI: 10.1038/s41929-021-00652-8 (b) Hossain, A.; Bhattacharyya, A.; Reiser, O. Copper’s Rapid Ascent in Visible-Light Photoredox Catalysis. Science 2019, 364, 450, DOI: 10.1126/science.aav9713 (c) Le, C.; Chen, T. Q.; Liang, T.; Zhang, P.; MacMillan, D. W. C. A Radical Approach to the Copper Oxidative Addition Problem: Trifluoromethylation of Bromoarenes. Science 2018, 360, 1010–1014, DOI: 10.1126/science.aat4133
  3. (a) Cho, H.; Suematsu, H.; Oyala, P. H.; Peters, J. C.; Fu, G. C. Photoinduced, Copper-Catalyzed Enantioconvergent Alkylations of Anilines by Racemic Tertiary Electrophiles: Synthesis and Mechanism. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 4550–4558, DOI: 10.1021/jacs.1c12749 (b) Dow, N. W.; Cabré, A.; MacMillan, D. W. C. A General N-Alkylation Platform via Copper Metallaphotoredox and Silyl Radical Activation of Alkyl Halides. Chem 2021, 7, 1827–1842, DOI: 10.1016/j.chempr.2021.05.005 (c) Kainz, Q. M.; Matier, C. D.; Bartoszewicz, A.; Zultanski, S. L.; Peters, J. C.; Fu, G. C. Asymmetric Copper-Catalyzed C–N Cross-Couplings Induced by Visible Light. Science 2016, 351, 681–684, DOI: 10.1126/science.aad8313
  4. (a) Wang, F.-L.; Yang, C.-J.; Liu, J.-R.; Yang, N.-Y.; Dong, X.-Y.; Jiang, R.-Q.; Chang, X.-Y.; Li, Z.-L.; Xu, G.-X.; Yuan, D.-L.; Zhang, Y.-S.; Gu, Q.-S.; Hong, X.; Liu, X.-Y. Mechanism-Based Ligand Design for Copper-Catalysed Enantioconvergent C(sp3)–C(sp) Cross-Ccoupling of Tertiary Electrophiles with Alkynes. Chem. 2022, 14, 949–957, DOI: 10.1038/s41557-022-00954-9 (b) Nishikata, T.; Noda, Y.; Fujimoto, R.; Sakashita, T. An Efficient Generation of a Functionalized Tertiary-Alkyl Radical for Copper-Catalyzed Tertiary-Alkylative Mizoroki-Heck type Reaction. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16372–16375, DOI: 10.1021/ja409661n (c) Kurose, A.; Ishida, Y.; Hirata, G.; Nishikata, T. Direct α-Tertiary Alkylations of Ketones in a Combined Copper–Organocatalyst System. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 10620–10625, DOI: 10.1002/anie.202016051 (d) Chen, J.-J.; Zhang, J.-Y.; Fang, J.-H.; Du, X.-Y.; Xia, H.-D.; Cheng, B.; Li, N.; Yu, Z.-L.; Bian, J.-Q.; Wang, F.-L.; Zheng, J.-J.; Liu, W.-L.; Gu, Q.-S.; Li, Z.-L.; Liu, X.-Y. Copper-Catalyzed Enantioconvergent Radical C(sp3)–N Cross-Coupling of Activated Racemic Alkyl Halides with (Hetero)aromatic Amines under Ambient Conditions. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 14686–14696, DOI: 10.1021/jacs.3c02387
  5. (a) Wilson, R. M.; Lambert, T. H. Cyclopropenium Ions in Catalysis. Acc. Chem. Res. 2022, 55, 3057–3069, DOI: 10.1021/acs.accounts.2c00546 (b) Bandar, J. S.; Lambert, T. H. Aminocyclopropenium Ions: Synthesis, Properties, and Applications. Synthesis 2013, 45, 2485–2498, DOI: 10.1055/s-0033-1338516
  6. (a) Jess, K.; Baabe, D.; Freytag, M.; Jones, P. G.; Tamm, M. Transition-Metal Complexes with Ferrocene-Bridged Bis(imidazolin-2-imine) and Bis(diaminocyclopropenimine) Ligands. J. Inorg. Chem. 2017, 412–423, DOI: 10.1002/ejic.201600841 (b) Bruns, H.; Patil, M.; Carreras, J.; Vázquez, A.; Thiel, W.; Goddard, R.; Alcarazo, M. Synthesis and Coordination Properties of Nitrogen(I)-Based Ligands. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 3680–3683, DOI: 10.1002/anie.200906168
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. 粘土に挟まれた有機化合物は…?
  2. アジサイから薬ができる
  3. アルメニア初の化学系国際学会に行ってきた!③
  4. 研究室の安全性は生産性と相反しない
  5. 多孔性材料の動的核偏極化【生体分子の高感度MRI観測への一歩】
  6. 細胞同士の相互作用を1細胞解析するための光反応性表面を開発
  7. 【イベント】「化学系学生のための企業研究セミナー」「化学系女子学…
  8. シビれる(T T)アジリジン合成

注目情報

ピックアップ記事

  1. 遷移金属を用いない脂肪族C-H結合のホウ素化
  2. 第22回次世代を担う有機化学シンポジウム
  3. 浜松ホトニクス、ヘッド分離型テラヘルツ波分光分析装置を開発
  4. 第59回―「機能性有機ナノチューブの製造」清水敏美 教授
  5. 「日産化学」ってどんな会社?
  6. 【書籍】機器分析ハンドブック1 有機・分光分析編
  7. カイニン酸 kainic acid
  8. 第37回 糖・タンパク質の化学から生物学まで―Ben Davis教授
  9. ニセ試薬のサプライチェーン
  10. 北エステル化反応 Kita Esterification

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2024年5月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

最新記事

第48回ケムステVシンポ「ペプチド創薬のフロントランナーズ」を開催します!

いよいよ本年もあと僅かとなって参りましたが、皆様いかがお過ごしでしょうか。冬…

3つのラジカルを自由自在!アルケンのアリール–アルキル化反応

アルケンの位置選択的なアリール–アルキル化反応が報告された。ラジカルソーティングを用いた三種類のラジ…

【日産化学 26卒/Zoomウェビナー配信!】START your ChemiSTORY 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

3日間で10領域の研究職社員がプレゼンテーション!日産化学の全研究領域を公開する、研…

ミトコンドリア内タンパク質を分解する標的タンパク質分解技術「mitoTPD」の開発

第 631 回のスポットライトリサーチは、東北大学大学院 生命科学研究科 修士課程2…

永木愛一郎 Aiichiro Nagaki

永木愛一郎(1973年1月23日-)は、日本の化学者である。現在北海道大学大学院理学研究院化学部…

11/16(土)Zoom開催 【10:30~博士課程×女性のキャリア】 【14:00~富士フイルム・レゾナック 女子学生のためのセミナー】

化学系の就職活動を支援する『化学系学生のための就活』からのご案内です。11/16…

KISTEC教育講座『中間水コンセプトによるバイオ・医療材料開発』 ~水・生体環境下で優れた機能を発揮させるための材料・表面・デバイス設計~

 開講期間 令和6年12月10日(火)、11日(水)詳細・お申し込みはこちら2 コースの…

【太陽ホールディングス】新卒採用情報(2026卒)

■■求める人物像■■「大きな志と好奇心を持ちまだ見ぬ価値造像のために前進できる人…

産総研の研究室見学に行ってきました!~採用情報や研究の現場について~

こんにちは,熊葛です.先日,産総研 生命工学領域の開催する研究室見学に行ってきました!本記事では,産…

第47回ケムステVシンポ「マイクロフローケミストリー」を開催します!

第47回ケムステVシンポジウムの開催告知をさせて頂きます!第47回ケムステVシンポジウムは、…

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