[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

遷移金属触媒がいらないC–Nクロスカップリング反応

[スポンサーリンク]

遷移金属触媒を用いないC–Nカップリング反応が報告された。フェノールとアミンがジクロロピラジンにSNAr反応することで両者が近接化、電子的活性化され、C–N結合が形成される。

C–Nクロスカップリング反応

Buchwald–Hartwigアミノ化をはじめとする遷移金属触媒を用いたC–Nクロスカップリング反応は、1990年代から精力的に開発が進められており、医薬品合成等で頻繁に用いられる(図1A)[1,2]。遷移金属触媒を用いた同反応は、官能基許容性は高いが高価な金属や配位子を必要とし、水や空気に敏感な条件も多い。一方で、遷移金属触媒を用いないアミノ化反応として、古くより芳香族求核置換(SNAr)反応が知られているが、この反応は電子求引性基や脱離能の高い置換基をもつ芳香環に限られる。そのため、官能基許容性の高い遷移金属を用いないC–Nクロスカップリング反応の開発が望まれる。

2008年にBiらは、塩基性条件下、クロロアミノピラジンとフェノールをマイクロ波照射下、加熱すると、フェノールのSNAr反応、続くSmiles転位が進行し、N-アリールアミノピラジノンを合成できることを見いだした(図1B)[3]。また、2020年に著者らはクロロピラジン2を用いたピリジン1のC2位アミノ化反応を報告した(図1C)[4]。この反応では12のSNAr反応の後、電子不足なピリジンのC2位へアミノ基が転位する。最後に、還元的にピラジンを除去することでアミノ化体4を与える。

今回著者らは、Biらの反応を参考にし、ジクロロピラジン7を利用すればフェノール5とアミン6のクロスカップリング反応が進行し、還元処理によりカップリング体8を与えると考えた(図1D)。

図1. (A) 芳香族アミノ化反応 (B) 多置換ピラジンを用いたアミノ化 (C) ピリジンのC2位選択的アミノ化 (D) 遷移金属を用いないC–Nクロスカップリング反応 (本研究)

 

Transition-Metal-Free C−N Cross-Coupling Enabled by a Multifunctional Reagent
Fier, P. S.; Kim, S. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 6476–6480.
DOI: 10.1021/jacs.4c00871

論文著者の紹介

研究者:Patrick S. Fier

研究者の経歴:

2014                                                    Ph.D., University of California, Berkeley (Prof. John F. Hartwig)
2015–2017          Senior Scientist, Merck & Co., Inc., USA
2017–2020                                       Associate Principal Scientist, Merck & Co., Inc., USA
2020–                                                  Principal Scientist, Merck & Co., Inc., USA

研究内容:合成終盤で利用可能な官能基変換反応の開発

論文の概要

著者らはC–N結合形成のためにフェノールと第一級アミンの両者を近接化、電子的活性化する試薬として市販のジクロロピラジン7(1.3ドル/mmol)に注目し、反応設計した(図2A)。7とアミン6のSNAr反応によりアミノピラジン9が生成し、続く9とフェノール5のSNAr反応によりフェノキシピラジン10となる。次に、Smiles転位によりピラジンアニオン11を与え、最後に還元的にピラジンを除去することでアミノ化体8を得る。一見シンプルであるが、1) 7の高い求電子性のため、2つの求核剤とのSNAr反応を進行させることができる 2) 10からの脱プロトン化も容易に進行する 3) 11はアニオンの非局在化により、Smiles転位が進行しやすい などの工夫が施されている。

本反応は種々の多数の官能基をもつアルキルアミンや芳香族アミンに適用でき、対応する8を与えた(図2B)。一方、電子豊富なフェノールではSmiles転位が進行しにくいが、電子求引基がなくとも反応は進行する(本文参照)。さらに著者らは、アミノクロロピラジン9-NH2を用いたフェノール5のアミノ化による芳香族第一級アミン8の合成に成功した (図2C)。9-NH2や、59-NH2のSNAr反応によって生じる10-NH2は二量化が進行しやすい[5]。そのため、塩基と5の混合溶液に9-NH2を少量ずつ添加することでピラジンの二量化を抑制し、効率良くアミノ化体8を与えた。

図2. (A) 推定反応機構 (B) 第一級アミンによるアミノ化反応の基質適応範囲 (C) フェノールのアミノ化による芳香族第一級アミン合成

以上、温故知新のC–Nカップリング反応が報告された。創薬現場において、コストや工程数、反応環境を考慮して遷移金属触媒を用いる事ができない場合など、活用される可能性がある。

参考文献

  1. (a) Paul, F.; Patt, J.; Hartwig, J. F. Palladium-Catalyzed Formation of Carbon-Nitrogen Bonds. Reaction Intermediates and Catalyst Improvements in the Hetero Cross-Coupling of Aryl Halides and Tin Amides. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 5969–5970. DOI: 10.1021/ja00092a058 (b) Guram, A. S.; Buchwald, S. L. Palladium-Catalyzed Aromatic Aminations with in Situ Generated Aminostannanes. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 7901–7902. DOI: 10.1021/ja00096a059
  2. (a) Emadi, R.; Bahrami Nekoo, A.; Molaverdi, F.; Khorsandi, Z.; Sheibani, R.; Sadeghi-Aliabadi, H. Applications of Palladium-Catalyzed C–N Cross-Coupling Reactions in Pharmaceutical Compounds. RSC Adv. 2023, 13, 18715–18733. DOI: 1039/D2RA07412E (b) Rayadurgam, J.; Sana, S.; Sasikumar, M.; Gu, Q. Palladium Catalyzed C–C and C–N Bond Forming Reactions: An Update on the Synthesis of Pharmaceuticals from 2015–2020. Org. Chem. Front. 2021, 8, 384–414. DOI: 10.1039/D0QO01146K (c) Buskes, M. J.; Blanco, M.-J. Impact of Cross-Coupling Reactions in Drug Discovery and Development. Molecules 2020, 25, 3493. DOI: 10.3390/molecules25153493
  3. Bi, F. C.; Aspnes, G. E.; Guzman-Perez, A.; Walker, D. P. Novel Syntheses of 3-Anilino-Pyrazin-2(1H)-ones and 3-Anilino-Quinoxalin-2-(1H)-ones via Microwave-Mediated Smiles Rearrangement. Tetrahedron Lett. 2008, 49, 1832–1835. DOI: 1016/j.tetlet.2008.01.056
  4. Fier, P. S.; Kim, S.; Cohen, R. D. A Multifunctional Reagent Designed for the Site-Selective Amination of Pyridines. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8614–8618. DOI: 10.1021/jacs.0c03537
  5. Jaung, J.; Fukunishi, K.; Matsuoka, M. Syntheses and Spectral Properties of 2,3,7,8‐Tetracyano‐5,10‐Dihydrodipyrazino[2,3‐ b :2′,3′‐ e ]Pyrazine. J.Heterocyclic Chem. 1997, 34, 653–657. DOI: 1002/jhet.5570340251
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. 【誤解してない?】4s軌道はいつも3d軌道より低いわけではない
  2. 分極したBe–Be結合で広がるベリリウムの化学
  3. Rice cooker
  4. 磁気ナノ粒子でガン細胞を選別する
  5. 第59回有機反応若手の会
  6. 電子不足トリプトファン誘導体を合成する人工酵素
  7. 学術オンラインコンテンツ紹介(Sigma-Aldrichバージョ…
  8. comparing with (to)の使い方

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第31回 ナノ材料の階層的組織化で新材料をつくる―Milo Shaffer教授
  2. クリック反応を用いて、機能性分子を持つイナミド類を自在合成!
  3. EU、玩具へのフタル酸エステル類の使用禁止
  4. 世界の「イケメン人工分子」① ~ 分子ボロミアンリング ~
  5. 化学研究で役に立つデータ解析入門:エクセルでも立派な解析ができるぞ編
  6. 香月 勗 Tsutomu Katsuki
  7. 日本薬学会第125年会
  8. 5歳児の唾液でイグ・ノーベル化学賞=日本人、13年連続
  9. タンパク質の構造と機能―ゲノム時代のアプローチ
  10. ポンコツ博士の海外奮闘録⑬ ~博士,コロナにかかる~

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2024年8月
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

最新記事

条件の「前後」も実験条件である【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

そのpH、“本当にその場所”の値ですか?ニードル式pHセンサーを使ってみた!

突然ですが、「培養の再現性がなんか悪い」「同じ条件のはずなのに結果がズレる」といった経験はあ…

「骨格編集」×「ナノカーボン合成」〜ナノカーボン合成の新戦略を実証〜

第719回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(忍久保研究室)博士後期課程2年の平…

【書評】立体化学 はじめの一歩

立体化学は,分子の三次元構造を理解するための重要な分野であり,有機化学や…

水のシミュレーション入門 — 水分子を計算機の中でどう”描く”か —

身近なのに、計算機にとって手強い"水"。本記事では、点電荷モデルから機械学習まで、その"描き方"の進…

◆◇◆◇ 第36回フォーラム・イン・ドージン開催のご案内 ◆◇◆◇

同仁化学研究所が熊本から世界へ情報発信するフォーラム・イン・ドージンの開催ご案内です。今年は『な…

『力』による円偏光発光のon/off制御を単一分子レベルで実現

第718回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 物質理工学院(相良研究室)博士後期課程2年の野中…

数日かかっていた反応機構解析を、わずか数分に!

機械学習ポテンシャルが変える計算化学の現在近年、DFT計算による反応機構解析は広く行われるよ…

海外ポスドクのオファーをもらう【アメリカで Ph.D. を取る: 進路編】

ポスドクとして海外に留学する場合、希望する研究室の教授に直接連絡を取り、面接などを通して適性を判断さ…

MDで観るトライボロジー 〜原子が擦れるその場をシミュレーション〜

軽くて強いのに摩耗に弱いチタン合金は、航空機や人工関節に広く使われています。原子が擦れ合うその場を分…

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