[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. 第4回ICReDD国際シンポジウム開催のお知らせ
  2. アンモニアを室温以下で分解できる触媒について
  3. ゴジラの強さを科学的に証明!? ~「空想科学研究所」より~
  4. CRISPRで薬剤分子-タンパク相互作用を解明する
  5. 化学パズル・不斉窒素化合物
  6. 混合試料から各化合物のスペクトルを得る(DOSY法)
  7. 量子の力で生体分析!?シングレット・フィッションを用いたNMR感…
  8. 医薬品設計における三次元性指標(Fsp³)の再評価

注目情報

ピックアップ記事

  1. シリンドロシクロファン生合成経路の解明
  2. クリスマス化学史 元素記号Hの発見
  3. 産総研がすごい!〜修士卒研究職の新育成制度を開始〜
  4. アジドインドリンを利用した深海細菌産生インドールアルカロイド骨格のワンポット構築
  5. 図に最適なフォントは何か?
  6. 炭素繊維は鉄とアルミに勝るか? 番外編 ~NEDOの成果について~
  7. クリックケミストリー / Click chemistry
  8. 10-メチルアクリジニウム触媒を用いたBaeyer-Villiger酸化反応
  9. ディスコデルモライド /Discodermolide
  10. 製薬大手のロシュ、「タミフル」効果で05年売上高20%増

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

ペーパークラフトで MOFをつくる

第650回のスポットライトリサーチには、化学コミュニケーション賞2024を受賞された、岡山理科大学 …

月岡温泉で硫黄泉の pH の影響について考えてみた 【化学者が行く温泉巡りの旅】

臭い温泉に入りたい! というわけで、硫黄系温泉を巡る旅の後編です。前回の記事では群馬県草津温泉をご紹…

二酸化マンガンの極小ナノサイズ化で次世代電池や触媒の性能を底上げ!

第649回のスポットライトリサーチは、東北大学大学院環境科学研究科(本間研究室)博士課程後期2年の飯…

日本薬学会第145年会 に参加しよう!

3月27日~29日、福岡国際会議場にて 「日本薬学会第145年会」 が開催されま…

TLC分析がもっと楽に、正確に! ~TLC分析がアナログからデジタルに

薄層クロマトグラフィーは分離手法の一つとして、お金をかけず、安価な方法として現在…

先端の質量分析:GC-MSおよびLC-MSデータ処理における機械学習の応用

キャラクタライゼーションの機械学習応用は、マテリアルズ・インフォマティクス(MI)およびラボオートメ…

原子半径・電気陰性度・中間体の安定性に起因する課題を打破〜担持Niナノ粒子触媒の協奏的触媒作用〜

第648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(山口研究室)博士課程後期2年の松山…

リビングラジカル重合ガイドブック -材料設計のための反応制御-

概要高機能高分子材料の合成法として必須となったリビングラジカル重合を、ラジカル重合の基礎から、各…

高硬度なのに高速に生分解する超分子バイオプラスチックのはなし

Tshozoです。これまでプラスチックの選別の話やマイクロプラスチックの話、およびナノプラスチッ…

新発想の分子モーター ―分子機械の新たなパラダイム―

第646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 有機反応論研究室 助教の …

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